DE19632121C2 - Transgenic plant cells and plants with altered acetyl-CoA formation - Google Patents
Transgenic plant cells and plants with altered acetyl-CoA formationInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft transgene Pflanzenzellen und Pflanzen mit einem im Vergleich zu nicht-transformierten Pflanzen veränderten Acetyl-CoA-Metabolismus und mit einer veränderten Fähigkeit zur Bildung und Verwertung von Acetyl- CoA (Acetyl-Coenzym A). Die Veränderung der Fähigkeit zur Produktion und Verwendung von Acetyl-CoA wird erreicht durch die Einführung und Expression einer DNA-Sequenz, die eine Acetyl-CoA-Hydrolase vorzugsweise eine deregulierte oder unregulierte Acetyl-CoA-Hydrolase codiert, in pflanzlichen Zellen. Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung von DNA-Sequenzen, die eine Acetyl-CoA-Hydrolase codieren, zur Erhöhung der Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität in pflanzlichen Zellen, insbesondere zur Herstellung von transgenen Pflanzenzellen und Pflanzen, mit veränderter Fähigkeit zur Bildung und Verwertung von Acetyl-CoA.The present invention relates to transgenic plant cells and plants with one compared to non-transformed ones Plants altered acetyl-CoA metabolism and with a altered ability to form and recover acetyl CoA (Acetyl Coenzyme A). The change in the ability to Production and use of acetyl-CoA is achieved by the introduction and expression of a DNA sequence containing a Acetyl-CoA-hydrolase preferably a deregulated or unregulated acetyl-CoA hydrolase encoded in plant Cells. The invention also relates to the use of DNA sequences encoding an acetyl CoA hydrolase, for Increase in acetyl-CoA hydrolase activity in plant Cells, in particular for the production of transgenic Plant cells and plants, with altered ability to Formation and utilization of acetyl-CoA.
Bedingt durch den kontinuierlich steigenden Bedarf an Le bensmitteln, der aus der ständig wachsenden Weltbevölkerung resultiert, ist eine der Aufgaben der biotechnologischen Forschung, sich um eine Steigerung des Ertrags von Nutz pflanzen zu bemühen. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht in der gezielten gentechnischen Veränderung des Me tabolismus von Pflanzen. Ziele sind dabei beispielsweise die Primärprozesse der Photosynthese, die zur CO2-Fixierung füh ren, die Transportprozesse, die an der Verteilung der Pho toassimilate innerhalb der Pflanze beteiligt sind, als auch Stoffwechselwege, die zur Synthese von Speicherstoffen, z. B. von Stärke, Proteinen, Fetten, Ölen, Gummistoffen, oder von Sekundärmetaboliten wie z. B. Flavonoiden, Steroiden, Isoprenoiden (z. B. Aromastoffe), Pigmenten, oder Polyketiden (Antibiotika), oder von pflanzlichen Pathogenabwehrstoffen führen. Während sich viele Anwendungen mit den Schritten be schäftigen, die entweder zur Bildung von Photoassimilaten in Blättern führen (vgl. auch EP 0 466 995 A2 oder aber mit der Bildung von Polymeren wie Stärke oder Fructanen in Speicher organen transgener Pflanzen (z. B. WO 94/04692 A1), gibt es bis her keine erfolgversprechenden Ansätze, die beschreiben, welche Modifikationen in den primären Stoffwechselwegen ein zuführen sind, um eine Veränderung der Fähigkeit zur Bildung und Verwertung von Acetyl-CoA zu erreichen. Eine Veränderung der Fähigkeit zur Bildung und Verwertung von Acetyl-CoA ist z. B. für alle jene Prozesse in der Pflanze von Bedeutung, für die größere Mengen von Acetyl-CoA benötigt werden. Dies gilt z. B. für viele biochemische Prozesse in pflanzlichen Zellen, an denen Acetyl-CoA als Substrat oder Abbauprodukt beteiligt ist. Eine Veränderung der Acetyl-CoA-Bildungsrate ist insbesondere von Bedeutung für die Bildung von Stärke, Proteinen, Fetten, Ölen, Gummistoffen, oder von Sekundärmetaboliten wie Flavonoiden, Steroiden, Isoprenoiden (Aromastoffe, Pigmente), oder Polyketiden (Antibiotika). Da Pflanzen sich aufgrund verschiedener Eigenschaften zur Herstellung verschiedener der oben genannten Stoffe in großem Maßstab eignen würden, besteht ein Bedarf an Pflanzen, bei denen die Bildung und Verteilung von Acetyl- CoA in den Zellen derart verändert ist, daß die Bildung der oben beschriebenen Stoffe beeinflußt wird.Due to the continuously increasing demand for food, which results from the constantly growing world population, one of the tasks of biotechnological research is to strive to increase the yield of crops. One way to achieve this is through the targeted genetic modification of plant metabolism. The goals are, for example, the primary processes of photosynthesis, which lead to CO 2 fixation, the transport processes involved in the distribution of pho toassimilate within the plant, as well as metabolic pathways involved in the synthesis of storage materials, eg. As of starch, proteins, fats, oils, gums, or secondary metabolites such. As flavonoids, steroids, isoprenoids (eg., Flavorings), pigments, or polyketides (antibiotics), or of plant pathogens lead. While many applications involve the steps which either lead to the formation of photoassimilates in leaves (see also EP 0 466 995 A2 or else the formation of polymers such as starch or fructans in storage organs of transgenic plants (eg WO 94/04692 A1), there are no promising approaches describing which modifications are to be introduced in the primary metabolic pathways in order to achieve a change in the ability to form and utilize acetyl-CoA For example, utilization of acetyl-CoA is important for all those processes in the plant that require larger amounts of acetyl-CoA, such as many biochemical processes in plant cells that contain acetyl-CoA A change in the acetyl-CoA formation rate is of particular importance for the formation of starch, proteins, fats, oils, Gums, or of secondary metabolites such as flavonoids, steroids, isoprenoids (flavorings, pigments), or polyketides (antibiotics). Since plants would be useful on a large scale because of various properties for producing various of the above-mentioned substances, there is a demand for plants in which the formation and distribution of acetyl-CoA in the cells is changed so as to influence the formation of the above-described substances becomes.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Pflanzenzellen und Pflanzen mit einer veränderten Fähigkeit zur Bildung und Verwertung von Acetyl-CoA sowie Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung zu stellen.Thus, the present invention is based on the object Plant cells and plants with an altered ability for the formation and utilization of acetyl-CoA as well as methods to to provide their production.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die Bereitstellung der in den Patentansprüchen bezeichneten Ausführungsformen be reitgestellt.The solution of this task is by providing the In the claims designated embodiments be Semi asked.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung transgene
Pflanzenzellen mit einem veränderten Acetyl-CoA-
Metabolismus, die aufgrund der Expression einer fremden DNA-
Sequenz, die ein Protein mit Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität
codiert, eine im Vergleich zu Wildtyp-, d. h. nicht
transformierten, Zellen erhöhte Acetyl-CoA-
Hydrolaseaktivität aufweisen. Die Expression einer
derartigen DNA-Sequenz führt in den transgenen pflanzlichen
Zellen zur Steigerung der intrazellulären Acetyl-CoA-
Hydrolaseaktivität. Acteyl-CoA-Hydrolasen sind Enzyme, die
die folgende Reaktion katalysieren:
Thus, the present invention relates to transgenic plant cells having an altered acetyl-CoA metabolism that increased cells as compared to wild-type, ie, untransformed, cells due to the expression of a foreign DNA sequence encoding a protein having acetyl-CoA hydrolase activity Acetyl-CoA hydrolase activity. The expression of such a DNA sequence leads in the transgenic plant cells to increase the intracellular acetyl-CoA-hydrolase activity. Acteyl-CoA hydrolases are enzymes that catalyze the following reaction:
Acetyl-CoA ↔ Acetat + HSCoA.Acetyl-CoA ↔ acetate + HSCoA.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß die Steigerung der Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität in verschiedenen Kompartimenten pflanzlicher Zellen möglich ist und somit eine Einflußnahme auf die intrazelluläre Verteilung von Metaboliten ermöglicht wird. Dieses Ergebnis ist insofern überraschend, als daß Acetyl-CoA einer der zentralen Stoffwechselmetaboliten in pflanzlichen und tierischen Zellen ist, dessen Konzentration strikt reguliert ist (Randall und Miernyk, Methods in Plant Biochemistry Vol. 3 [ISBN 0-12-461013-7]). Ein Eingriff in die intrazelluläre Acetyl-CoA-Verteilung sollte somit drastische Auswirkungen auf die Lebensfähigkeit der Zellen haben. Beispielsweise gibt es Hinweise darauf, daß die Expression der Acetyl-CoA- Hydrolase aus Hefe in E. coli einen letalen Effekt hat. Demgegenüber basiert die vorliegende Erfindung auf der Tatsache, daß eine Steigerung der Acetyl-CoA- Hydrolaseaktivität in pflanzlichen Zellen in der Tat möglich ist und zu vorteilhaften Eigenschaften der pflanzlichen Zellen führt. Beispielsweise wurde gefunden, daß die Steigerung der Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität in den Mitochondrien in den Blättern transgener Pflanzen zu einer Erhöhung des Gehaltes an löslichen Zuckern, wie z. B. Glucose, Fructose und Saccharose, sowie von Stärke führt und zur gleichzeitigen Reduktion des Gehaltes an Fettsäuren. D.h. die Steigerung der mitochondrialen Acetyl-CoA- Hydrolaseaktivität ermöglicht eine Veränderung der Partitionierung von Photoassimilaten in den Zellen. Die Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität in den erfindungsgemäßen Zellen ist vorzugsweise um mindestens 50% und besonders bevorzugt um 100% im Vergleich zu nicht-transformierten Zellen erhöht. Besonders vorteilhaft ist eine Steigerung der Enzymaktivität um mehr als 150% im Vergleich zu nicht transformierten Zellen.It has surprisingly been found that the increase the acetyl-CoA hydrolase activity in different Compartments of plant cells is possible and thus an influence on the intracellular distribution of Metabolites is made possible. This result is so far Surprisingly, as acetyl-CoA one of the central Metabolic metabolites in plant and animal Cells whose concentration is strictly regulated (Randall and Miernyk, Methods in Plant Biochemistry Vol. 3 [ISBN 0-12-461013-7]). An intrusion into the intracellular Acetyl-CoA distribution should therefore have drastic effects to have the viability of the cells. For example there are indications that the expression of the acetyl-CoA Hydrolase from yeast in E. coli has a lethal effect. In contrast, the present invention is based on Fact that an increase in the acetyl-CoA Hydrolase activity in plant cells is indeed possible is and to beneficial properties of the plant Cells leads. For example, it has been found that the Increase in acetyl-CoA hydrolase activity in the Mitochondria in the leaves of transgenic plants to one Increasing the content of soluble sugars, such as. B. Glucose, fructose and sucrose, as well as of starch leads and for the simultaneous reduction of the content of fatty acids. That the increase in mitochondrial acetyl-CoA Hydrolase activity allows a change in the Partitioning of photoassimilates in the cells. The Acetyl-CoA-hydrolase activity in the inventive Cells are preferably at least 50% and especially preferably by 100% compared to non-transformed Cells increased. Particularly advantageous is an increase in Enzyme activity by more than 150% compared to not transformed cells.
Die Steigerung der Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität führt zu einer erhöhten Konzentration an Acetat. Im Gegensatz zu Acetyl-CoA kann Acetat zelluläre Membranen unreguliert durchdringen. Somit steht es in anderen zellulären Kompartimenten in höherer Konzentration als Substrat für die durch die Acetyl-CoA-Synthetase katalysierte Reaktion der Acetyl-CoA-Synthese zur Verfügung. Dies bedeutet, daß es möglich ist, durch die Steigerung der Acetyl-CoA- Hydrolaseaktivität in einem Kompartiment, die intrazelluläre Verteilung von Acetyl-CoA zu verändern und somit Einfluß auf den Fluß von Metaboliten in verschiedene Biosynthesewege zu nehmen.The increase in acetyl-CoA hydrolase activity leads to an increased concentration of acetate. In contrast to Acetyl-CoA can unregulated acetate cellular membranes penetrate. Thus it stands in other cellular Compartments in higher concentration as a substrate for the reaction catalyzed by the acetyl-CoA synthetase Acetyl-CoA synthesis available. This means that it is possible by increasing the acetyl-CoA Hydrolase activity in a compartment, intracellular Distribution of acetyl-CoA to change and thus influence on the flow of metabolites into different biosynthetic pathways to take.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung transgene Pflanzenzellen, bei denen die Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität in den Mitochondrien erhöht ist. In Pflanzenzellen erfolgt die Biosynthese von Acetyl-CoA in den Mitochondrien durch die durch den Pyrurat- Dehydrogenase-Multienzymkomplex katalysierte Umsetzung von Pyrurat. Die Steigerung der Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität in den Mitochondrien führt zu einer erhöhten Konzentration von Acetat, das durch zelluläre Membranen in andere Kompartimente, z. B. ins Cytosol diffundieren kann. Hier kann es wiederum für die Synthese von Acetyl-CoA, z. B. durch die Acetyl-CoA-Synthetase verwendet werden.In a preferred embodiment, the present invention transgenic plant cells in which the acetyl-CoA hydrolase activity in the mitochondria is increased. In plant cells, the biosynthesis of Acetyl-CoA in the mitochondria through the pyrurate Dehydrogenase multienzyme complex catalyzed reaction of Pyrurat. The increase in acetyl-CoA hydrolase activity in the mitochondria leads to an increased concentration of Acetate passing through cellular membranes into others Compartments, z. B. can diffuse into the cytosol. Here can it in turn for the synthesis of acetyl-CoA, z. B. by the Acetyl-CoA synthetase can be used.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeigen die
erfindungsgemäßen transgenen Pflanzenzellen daher eine
gesteigerte Aktivität der Acetyl-CoA-Synthetase im Cytosol.
Dieses Enzym katalysiert die folgende Reaktion
In a further preferred embodiment, the transgenic plant cells according to the invention therefore show an increased activity of the acetyl-CoA synthetase in the cytosol. This enzyme catalyzes the following reaction
Acetat + HSCoA ↔ AcetylCoA + AMP +PPi
Das vermehrt im Cytosol gebildete Acetyl-CoA kann
beispielsweise für eine verstärkte Synthese von Isoprenoiden
über Mevalonsäure und Isopentenylpyrophoshat genutzt werden
(Bach, Lipids 30 (1995), 191-202).Acetate + HSCoA ↔ acetylCoA + AMP + PP i
The increasingly formed in the cytosol acetyl-CoA can be used for example for an enhanced synthesis of isoprenoids via mevalonic acid and isopentenyl pyrophosphate (Bach, Lipids 30 (1995), 191-202).
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Acetyl- CoA-Hydrolaseaktivität in dem Cytosol der transgenen Pflanzenzellen erhöht. Hierdurch wird wiederum eine erhöhte Acetatkonzentration erreicht. Diese kann beispielsweise dazu führen, daß mehr Acetat in den Plastiden zur Verfügung steht und in diesen zu Acetyl-CoA umgewandelt wird. Damit stünde verstärkt Acetyl-CoA als Substrat z. B. für die Fettsäurebiosynthese oder die Isoprenoidsynthese zur Verfügung.In another preferred embodiment, the acetyl CoA hydrolase activity in the cytosol of the transgenic Plant cells increased. This will in turn be an increased Reached acetate concentration. This can for example lead to more acetate being available in the plastids and converted into acetyl-CoA in these. That would be amplifies acetyl-CoA as substrate z. B. for the Fatty acid biosynthesis or isoprenoid synthesis Available.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform zeigen die erfindungsgemäßen transgenen Pflanzenzellen mit einer gesteigerten Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität in den Mitochondrien oder dein Cytosol darüber hinaus eine erhöhte Aktivität der Acetyl-CoA-Synthetase in den Plastiden. Hierdurch kann die Verlagerung von Acetat in die Plastiden und dessen Umwandlung in Acetyl-CoA verstärkt werden. Dieses steht dann beispielsweise in erhöhtem Maße für die Fettsäurebiosynthese zur Verfügung.In a particularly preferred embodiment, the show Transgenic plant cells according to the invention with a increased acetyl-CoA hydrolase activity in the In addition, mitochondria or your cytosol increased Acetyl-CoA synthetase activity in the plastids. This can cause the transfer of acetate into the plastids and its conversion to acetyl-CoA be enhanced. This then stands, for example, to an increased extent for the Fatty acid biosynthesis available.
Möglich ist im Prinzip auch die Reduktion der Acetyl-CoA- Synthetaseaktivität im Cytosol.In principle, it is also possible to reduce the acetyl-CoA Synthetase activity in the cytosol.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die
oben beschriebenen pflanzlichen Zellen eine verringerte
Aktivität der Citratsynthase in den Mitochondrien auf.
Dieses Enzym katalysiert die folgende Reaktion:
In a further preferred embodiment, the plant cells described above have a reduced activity of citrate synthase in the mitochondria. This enzyme catalyzes the following reaction:
Acetyl-CoA + Oxalacetat ↔ Citrat + HSCoA
Acetyl-CoA + oxaloacetate ↔ citrate + HSCoA
Durch die Verringerung der Aktivität dieses Enzyms, das Acetyl-CoA als Substrat für die Citratsynthese verwendet, steht mehr Acetyl-CoA für die durch die Acetyl-CoA-Hydrolase katalysierte Reaktion zur Verfügung, was zu einer verstärkten Bildung von Acetat führt.By reducing the activity of this enzyme, the Acetyl-CoA used as a substrate for citrate synthesis, more acetyl-CoA stands for by the acetyl-CoA-hydrolase catalyzed reaction available, resulting in a Increased formation of acetate leads.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß in den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Pflanzenzellen in den Mitochondrien oder dem Cytosol die Aktivität der Citratsynthase erhöht ist. Eine derartige Steigerung der Aktivität der Citratsynthase kann zu einer Veränderung des Flusses von Metaboliten hin zu Acetyl-CoA in ein bestimmtes subzelluläres Kompartiment führen, und kann insbesondere eine Steigerung der Biosynthese von Fettsäuren bzw. Lipiden hervorrufen.Another preferred embodiment of the present invention Invention provides that in the above-described Plant cells according to the invention in the mitochondria or the activity of citrate synthase is increased in the cytosol. Such an increase in the activity of citrate synthase can lead to a change in the flow of metabolites Acetyl-CoA in a specific subcellular compartment lead, and in particular an increase of Biosynthesis of fatty acids or lipids cause.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weisen die oben beschriebenen
erfindungsgemäßen Pflanzenzellen ferner eine verringerte
Aktivität der ATP-Citratlyase im Cytosol auf. Dieses Enzym
katalysiert die folgende Reaktion:
In a further preferred embodiment of the present invention, the plant cells according to the invention described above also have a reduced activity of ATP citrate lyase in the cytosol. This enzyme catalyzes the following reaction:
Citrat + HSCoA + ATP ↔ Acetyl-CoA + AMP + PPi + Oxalacetat.Citrate + HSCoA + ATP ↔ acetyl-CoA + AMP + PP i + oxaloacetate.
Eine derartige Verringerung kann zu einer Steigerung des metabolischen Flusses von Citrat zu Acetyl-CoA führen, was einen Rückstau von Metaboliten im Citratcyclus hervorrufen kann. Möglich wäre folglich eine verstärkte Bildung von Acetat über die endogene Acetyl-CoA-Hydrolase, wodurch die Bildung von Lipiden und/oder Terpenoiden erhöht werden kann.Such a reduction can lead to an increase in the causing citrate to acetyl-CoA metabolism cause a backlog of metabolites in the citrate cycle can. It would therefore be possible to increase the formation of Acetate via the endogenous acetyl-CoA hydrolase, causing the Formation of lipids and / or terpenoids can be increased.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß die pflanzlichen Zellen eine gesteigerte ATP- Citratlyase-Aktivität im Cytosol aufweisen.Another embodiment of the present invention provides that the plant cells have an increased ATP Citrate lyase activity in the cytosol.
Eine derartige Steigerung kann eine verstärkte Bildung cytosolischen Acetyl-CoAs zur Folge haben, welches zur verstärkten Synthese von Isopentenylpyrophosphat (IPP) und somit zur verstärkten Bildung von Terpenoiden führen kann. Such an increase can be increased education cytosolic acetyl-CoAs result, which for enhanced synthesis of isopentenyl pyrophosphate (IPP) and thus lead to the increased formation of terpenoids.
Die oben beschriebenen transgenen Pflanzenzellen weisen aufgrund der beschriebenen veränderten Enzymaktivitäten eine im Vergleich zu Wildtyp-Zellen veränderte Fähigkeit zur Bildung und Verwertung von Acetyl-CoA auf. Diese kann z. B. durch die Bestimmung der veränderten Mengen oder Verhältnisse an Stoffwechselendprodukten und Stoffwechselintermediaten, wie in den Beispielen beschrieben, festgestellt werden. Insbesondere können erfindungsgemäße Pflanzenzellen hergestellt werden, die veränderte Mengen an Isoprenoiden, Steroiden, Pigmenten, Flavonoiden, Hormonen, Fetten, Ölen, Proteinen, Gummistoffen, Polyketiden oder Stoffen, die an der pflanzlichen Pathogenabwehr beteiligt sind, aufweisen, oder deren Gehalt an löslichen Zuckern, wie z. B. Glucose, Fructose und Saccharose, sowie an Stärke verändert ist.The transgenic plant cells described above have due to the described altered enzyme activities a altered ability compared to wild-type cells Formation and utilization of acetyl-CoA. This can, for. B. by the determination of the changed quantities or Ratios in metabolic end products and Metabolism intermediates, as in the examples be described. In particular, you can Plant cells according to the invention are produced, which altered amounts of isoprenoids, steroids, pigments, Flavonoids, hormones, fats, oils, Proteins, gums, polyketides or substances on the involved in plant pathogen defense, or their content of soluble sugars, such as. Glucose, Fructose and sucrose, as well as being altered in strength.
Derartige Zellen können wiederum vorteilhafte Ausgangsstoffe für weitere Verwendungen sein. Beispielsweise können diese Zellen zur heterologen Expression weiterer Gene mit dem Ziel der verstärkten Synthese von wirtschaftlich relevanten Substanzen dienen. So können etwa DNA-Sequenzen eingeführt werden, die die Enzyme zur Synthese von Polyhydroxyalkansäuren (z. B. PHB und PHA) codieren. Auf diese Weise kann das verstärkt gebildete Acetyl-CoA zur Synthese derartiger Säuren, die eine große wirtschaftliche Bedeutung haben, in Pflanzen genutzt werden. Andere Beispiele wirtschaftlich interessanter Substanzen sind Polyketide, Aromastoffe, Kautschuk, Alkaloide, Isoprenoide etc.Such cells can in turn advantageous starting materials for further uses. For example, these can Cells for heterologous expression of other genes with the aim the enhanced synthesis of economically relevant Serve substances. For example, DNA sequences can be introduced which are the enzymes for the synthesis of Polyhydroxyalkanoic acids (eg., PHB and PHA) encode. On this way, the increasingly formed acetyl CoA for Synthesis of such acids, which is a great economic Have meaning to be used in plants. Other Examples of economically interesting substances Polyketides, flavorings, rubber, alkaloids, isoprenoids Etc.
Von besonderer Bedeutung ist die Möglichkeit, durch Expression einer Acetyl-CoA-Hydrolase in ölspeichernden Geweben einer Pflanze, wie z. B. dem Endosperm oder den Cotyledonen von Samen oder in anderen ölspeichernden Organen, den Fluß der in den Samen bzw. Organen abgelieferten Photoassimilate in Richtung der Bildung von Zuckern, Stärke, Fetten, Pigmenten, Isoprenoiden, Polyketiden, Steroiden, Flavonoiden, Gummistoffen, Stoffen, die an der pflanzlichen Pathogenabwehr beteiligt sind, Proteinen, und Polymeren wie Polyhydroxyalkansäuren (vgl. z. B. Poirier et al., Bio/Technology 13 (1995), 142-150) zu lenken. Generelle Vorteile der erfindungsgemäßen Zellen bestehen in der Möglichkeit, Einfluß auf die Partitionierung von stoffwechselmetaboliten, insbesondere von Acetyl-CoA, auf den Gehalt an Stoffwechselendprodukten, wie z. B. Stärke und Fette, den Gehalt und die Zusammensetzung sekundärer Stoffwechselmetaboliten, den Energiehaushalt und auf den Gehalt und die Zusammensetzung von Aminosäuren in den Zellen zu nehmen.Of particular importance is the possibility of Expression of an acetyl-CoA-hydrolase in oil-storing Tissues of a plant, such as B. the endosperm or the Cotyledons from seeds or in other oil reservoirs Organs, the flow of the seeds or organs delivered photoassimilates in the direction of the formation of Sugars, starches, fats, pigments, isoprenoids, Polyketides, steroids, flavonoids, rubbers, fabrics, who are involved in plant pathogen defense, Proteins, and polymers such as polyhydroxyalkanoic acids (see. z. B. Poirier et al., Bio / Technology 13 (1995), 142-150) to steer. General advantages of the cells according to the invention consist in the possibility of influence on the partitioning metabolism metabolites, in particular acetyl-CoA, on the content of metabolic end products, such. B. strength and fats, the content and composition of secondary Metabolic metabolites, the energy balance and on the Content and composition of amino acids in the cells to take.
Die Steigerung der Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität in den erfindungsgemäßen Zellen erfolgt vorzugsweise durch die Einführung und Expression von DNA-Sequenzen, die eine Acetyl-CoA-Hydrolase codieren. Diese DNA-Sequenzen, die ein Protein mit der enzymatischen Aktivität einer Acetyl-CoA- Hydrolase codieren, können sowohl prokaryontische, insbesondere bakterielle, als auch eukaryontische DNA- Sequenzen sein, d. h. DNA-Sequenzen aus Pflanzen, Algen, Pilzen oder tierischen Organismen bzw. Sequenzen, die Acetyl-CoA-Hydrolasen aus solchen Organismen codieren.The increase in acetyl-CoA hydrolase activity in the cells of the invention is preferably carried out by the Introduction and expression of DNA sequences containing a Encode acetyl CoA hydrolase. These DNA sequences, the one Protein with the enzymatic activity of an acetyl-CoA Encode hydrolase, both prokaryotic, especially bacterial, as well as eukaryotic DNA Be sequences, d. H. DNA sequences from plants, algae, Fungi or animal organisms or sequences that Encoding acetyl-CoA hydrolases from such organisms.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den DNA-Sequenzen, die eine Acetyl-CoA-Hydrolase codieren, um Sequenzen, die Enzyme codieren, die im Vergleich zu normalerweise in pflanzlichen Zellen vorkommenden Acetyl-CoA-Hydrolasen dereguliert oder unreguliert sind. Dereguliert bedeutet dabei, daß diese Enzyme nicht in der gleichen Weise reguliert werden, wie die in nicht-modifizierten Pflanzenzellen normalerweise gebildeten Acetyl-CoA-Hydrolase-Enzyme. Insbesondere unterliegen diese Enzyme anderen Regulationsmechanismen, d. h. sie werden nicht in demselben Ausmaß durch die in den Pflanzenzellen vorhandenen Inhibitoren inhibiert bzw. durch Metaboliten allosterisch reguliert. Dereguliert bedeutet dabei vorzugsweise, daß die Enzyme eine höhere Aktivität als endogen in Pflanzenzellen exprimierte Acetyl-CoA-Hydrolasen aufweisen. Unreguliert bedeutet im Rahmen dieser Erfindung, daß die Enzyme in pflanzlichen Zellen keiner Regulation unterliegen.In a preferred embodiment of the invention acts it is the DNA sequences that produce an acetyl-CoA hydrolase encode sequences encoding enzymes that are present in the Comparison to normally in plant cells occurring deregulated acetyl-CoA hydrolases or are unregulated. Deregulated means that this Enzymes are not regulated in the same way as the in unmodified plant cells normally formed acetyl-CoA-hydrolase enzymes. In particular these enzymes are subject to other regulatory mechanisms, d. H. they are not going to the same extent by those in the Inhibits plant cells present inhibitors or by Metabolites allosterically regulated. Deregulated means preferably in that the enzymes have a higher activity than endogenously expressed in plant cells acetyl-CoA-hydrolases respectively. Unregulated means in the context of this invention, that the enzymes in plant cells have no regulation subject.
Bei diesen durch die Sequenzen codierten Enzyme kann es sich sowohl um bekannte in der Natur vorkommende Enzyme handeln, die eine abweichende Regulation durch verschiedene Substanzen aufweisen als auch um Enzyme, die durch Mutagenese von DNA-Sequenzen, die bekannte Enzyme aus Bakterien, Algen, Pilzen, Tieren oder Pflanzen codieren, hergestellt wurden.These enzymes encoded by the sequences may be are both known naturally occurring enzymes, a different regulation by different Have substances as well as enzymes by Mutagenesis of DNA sequences that make known enzymes Encode bacteria, algae, fungi, animals or plants, were manufactured.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung codieren die verwendeten DNA- Sequenzen Proteine mit der enzymatischen Aktivität einer Acetyl-CoA-Hydrolase aus Pilzen, insbesondere aus Pilzen der Gattung Saccharomyces. Bevorzugt werden DNA-Sequenzen verwendet, die eine Acetyl-CoA-Hydrolase aus Saccharomyces cerevisiae codieren. Solche Sequenzen sind bekannt und beschrieben (vgl. Lee et al., Journal of Biological Chemistry 265 (1990), 7413-7418 (Zugriffsnummer M31036)). Um die Lokalisation der Acetyl-CoA-Hydrolase in Mitochondrien der pflanzlichen Zellen sicherzustellen, müssen DNA- Sequenzen, die Mitochondrien-Targeting-Sequenzen codieren, mit der codierenden Region der Acetyl-CoA-Hydrolase fusioniert werden. Solche Sequenzen sind bekannt, beispielsweise aus Braun et al. (EMBO J. 11 (1992), 3219-3227).In a particularly preferred embodiment of the present invention encode the DNA Sequences proteins with the enzymatic activity of a Acetyl-CoA-hydrolase from fungi, in particular from fungi of the Genus Saccharomyces. Preference is given to DNA sequences used an acetyl-CoA-hydrolase from Saccharomyces encode cerevisiae. Such sequences are known and (See Lee et al., Journal of Biological Chemistry 265 (1990), 7413-7418 (accession number M31036)). Around the localization of acetyl-CoA-hydrolase in mitochondria ensure the plant cells, have DNA Sequences encoding mitochondrial targeting sequences, with the coding region of acetyl CoA hydrolase be merged. Such sequences are known for example, Braun et al. (EMBO J. 11 (1992), 3219-3227).
Bekannt sind neben der genannten DNA-Sequenz aus Saccharomyces cerevisiae auch weitere DNA-Sequenzen, die Proteine mit der enzymatischen Aktivität einer Acetyl-CoA- Hydrolase codieren, beispielsweise aus Neurospora crassa (vgl. EMBL Zugriffsnummer M31521; Marathe et al., Molecular and Cellular Biology 10 (1990), 2638-2644) und die aufgrund ihrer Eigenschaften ebenfalls zur Herstellung der erfindungsgemäßen Pflanzenzellen verwendet werden können. Dabei muß darauf geachtet werden, daß das Protein in Mitochondrien oder im Cytosol der pflanzlichen Zelle gebildet wird. Techniken zur Modifikation derartiger DNA- Sequenzen, um die Lokalisierung der synthetisierten Enzyme in Mitochondrien und im Cytosol der pflanzlichen Zellen sicherzustellen, sind dem Fachmann bekannt. Für den Fall, daß die Acetyl-CoA-Hydrolasen Sequenzen enthalten, die zur Sekretion oder für eine bestimmte subzelluläre Lokalisation notwendig sind, z. B. zur Lokalisierung im extrazellulären Raum oder der Vakuole, müssen die entsprechenden DNA- Sequenzen deletiert werden. Weiterhin können DNA-Sequenzen, die eine Acetyl-CoA-Hydrolase codieren, unter Zuhilfenahme der bereits bekannten oben genannten DNA-Sequenzen aus beliebigen Organismen isoliert werden. Methoden für die Isolierung und Identifizierung derartiger DNA-Sequenzen sind dem Fachmann geläufig, beispielsweise die Hybridisierung mit bekannten Sequenzen oder durch Polymerase-Kettenreaktion unter Verwendung von Primern, die von bekannten Sequenzen abgeleitet sind.Known are next to the mentioned DNA sequence Saccharomyces cerevisiae also contains other DNA sequences Proteins with the enzymatic activity of an acetyl-CoA Hydrolase encode, for example from Neurospora crassa (See EMBL accession number M31521; Marathe et al., Molecular and Cellular Biology 10 (1990), 2638-2644) and those due to their properties also for the production of Plant cells according to the invention can be used. It must be ensured that the protein in Mitochondria or in the cytosol of the plant cell is formed. Techniques for modifying such DNA Sequences to localize the synthesized enzymes in mitochondria and in the cytosol of plant cells to ensure are known in the art. In the case, that the acetyl-CoA-hydrolases contain sequences that contribute to Secretion or for a particular subcellular localization necessary, z. B. for localization in the extracellular Space or the vacuole, the corresponding DNA Deleted sequences. Furthermore, DNA sequences, which encode an acetyl-CoA-hydrolase, with the aid of the already known above-mentioned DNA sequences isolated from any organisms. Methods for the Isolation and identification of such DNA sequences are the person skilled in the art, for example, the hybridization with known sequences or by polymerase chain reaction using primers derived from known sequences are derived.
Die von den identifizierten DNA-Sequenzen codierten Enzyme werden anschließend hinsichtlich ihrer Enzymaktivität und Regulation untersucht.The enzymes encoded by the identified DNA sequences are subsequently analyzed for their enzyme activity and Regulation examined.
Durch Einführung von Mutationen und Modifikationen nach dem Fachmann bekannten Techniken, können die durch die DNA-Se quenzen codierten Proteine weiter in ihren regulatorischen Eigenschaften verändert werden, um im Vergleich zu natürlicherweise in Pflanzen vorkommenden Acetyl-CoA- Hydrolasen de- oder unregulierte Enzyme zu erhalten.By introducing mutations and modifications after the Technicians know well-known techniques that can be used by the DNA Se enzymes encoded in their regulatory genes Properties are changed compared to naturally occurring in plants acetyl-CoA To obtain hydrolases den- or unregulated enzymes.
Die Steigerung der Acetyl-CoA-Synthase-, Citratsynthase-, bzw. ATP-Citratlyaseaktivität in den erfindungsgemäßen Pflanzenzellen wird vorzugsweise durch die Einführung und Expression von DNA-Sequenzen erreicht, die derartige Enzyme codieren. Bei diesen Sequenzen kann es sich um Sequenzen handeln, die derartige Enzyme aus prokaryontischen, insbesondere bakteriellen, oder aus eukaryontischen Organismen, z. B. Pflanzen, Algen, Pilzen oder Tieren, codieren. The increase in acetyl-CoA synthase, citrate synthase, or ATP citrate lyase activity in the inventive Plant cells is preferably through the introduction and Expression of DNA sequences reaches such enzymes encode. These sequences may be sequences act such enzymes from prokaryotic, especially bacterial, or eukaryotic Organisms, e.g. As plants, algae, fungi or animals, encode.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind derartige Enzyme deregulierte oder unregulierte Enzymen, wie oben im Zusammenhang mit der Acetyl-CoA-Hydrolase erläutert.In a preferred embodiment, such enzymes are deregulated or unregulated enzymes, as described above Related to the acetyl-CoA hydrolase explained.
Bei diesen durch die Sequenzen codierte Enzyme kann es sich sowohl um bekannte in der Natur vorkommende Enzyme handeln, die eine abweichende Regulation durch verschiedene Substanzen aufweisen, als auch um Enzyme, die durch Mutagenese von DNA-Sequenzen, die bekannte Enzyme aus Bakterien, Algen, Pilzen, Tieren oder Pflanzen codieren, hergestellt wurden.These enzymes encoded by the sequences may be are both known naturally occurring enzymes, a different regulation by different Have substances as well as enzymes by Mutagenesis of DNA sequences that make known enzymes Encode bacteria, algae, fungi, animals or plants, were manufactured.
DNA-Sequenzen, die Acetyl-CoA-Synthasen aus verschiedenen Organismen codieren, sind beschrieben. Bei tierischen Organismen sind z. B. solche aus Macropus engenii, Mensch, Caenorhabditis elegans und Drosophila melanogaster bekannt (siehe z. B. GenEMBL-Datenbank Zugriffsnummern L15560, D16350, Z66495 und Z46786).DNA sequences containing acetyl-CoA synthases from various Encoding organisms are described. In animal Organisms are z. For example, those from Macropus engenii, human, Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster known (see eg GenEMBL database accession numbers L15560, D16350, Z66495 and Z46786).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung codieren die DNA-Sequenzen eine Acetyl-CoA-Synthetase mit den biologischen Eigenschaften einer Acetyl-CoA-Synthase aus Pilzen, insbesondere aus solchen der Gattung Saccharomyces, und besonders bevorzugt aus Saccharomyces cerevisiae. Derartige Sequenzen sind beispielsweise zugänglich unter den GenEMBL-Datenbank Zugriffsnummern Z47725, M94729, L09598, X56211 für Saccharomyces cerivisiae insbesondere unter X76891. Möglich ist auch die Verwendung von DNA-Sequenzen, die bakterielle Acetyl-CoA-Synthetasen codieren. Solche sind z. B. zugänglich unter den Zugriffsnummern M97217, M87509 oder M63968.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the DNA sequences encode a Acetyl-CoA synthetase with biological properties an acetyl-CoA synthase from fungi, in particular from those of the genus Saccharomyces, and particularly preferred from Saccharomyces cerevisiae. Such sequences are for example, accessible under the GenEMBL database Access numbers Z47725, M94729, L09598, X56211 for Saccharomyces cerivisiae in particular under X76891. Possible is also the use of DNA sequences that are bacterial Encoding acetyl-CoA synthetases. Such are z. B. accessible under the accession numbers M97217, M87509 or M63968.
DNA-Sequenzen, die eine Citratsynthase codieren, sind aus
verschiedenen Organismen bekannt. Sequenzen, die pflanzliche
Citratsynthasen codieren, sind z. B. bekannt für Arabidopsis
thaliana (GenEMBL-Datenbank Zugriffsnummer X17528; Unger et
al., Plant Mol. Biol. 13 (1989), 411-418), sowie für Tabak,
Kartoffel und Zuckerrübe (siehe WO 95/24487 A1). Ferner sind
Sequenzen bekannt, die tierische Citratsynthasen codieren,
z. B. vom Schwein (Zugriffsnummer M21197, Evans et al.,
Biochemistry 27 (1988), 4680-4686). Vorzugsweise werden
Sequenzen verwendet, die eine Citratsynthase mit den
biologischen Eigenschaften einer Citratsynthase aus
Bakterien, insbesondere E. coli, oder Pilzen, insbesondere
Saccharomyces cerevisiae, codieren. Verschiedene Sequenzen,
die Citratsynthasen aus Bakterien codieren, sind z. B.
verfügbar unter den GenEMBL-Datenbank-Zugriffsnummern:
M33037, Z70021, M74818, Z70017, Z70009, Z70016, L38987,
Z70014, Z70022, Z70019, Z70018, Z70020, Z70012, Z70010,
Z70011, Z70013, Z70015, M36338, L33409, X66112, X60513,
Z73101, M29728, M17149, L41815, Z34516, M73535, L14780,
X55282, L75931 und D90117. Eine bevorzugt verwendete Sequenz
ist die in Ner et al. (Biochemistry 22 (1983), 5243-5249)
veröffentlichte, die eine Citratsynthase aus E. coli
codiert. Sequenzen, die Citratsynthasen aus E. coli
codieren, sind beispielsweise zugänglich unter den
Zugriffsnummern M28987 und M28988 (siehe auch Wilde et al.,
J. Gen Microbiol. 132 (1986), 3239-3251). Sequenzen, die
Citratsynthasen aus Pilzen codieren, sind zugänglich unter
den Zugriffsnummern D63376 und D69731, solche aus S.
cerevisiae insbesondere unter den Zugriffsnummern Z11113,
Z48951, Z71255, M54982, X88846 und X00782. Letztere wird
bevorzugt verwendet.DNA sequences encoding a citrate synthase are known from various organisms. Sequences encoding plant citrate synthases are e.g. B. known for Arabidopsis thaliana (GenEMBL database accession number X17528; Unger et al., Plant Mol. Biol. 13 (1989), 411-418), as well as for tobacco, potato and sugar beet (see WO 95/24487 A1). Furthermore, sequences encoding animal citrate synthases are known, e.g. Porcine (accession number M21197, Evans et al., Biochemistry 27 (1988), 4680-4686). Preferably, sequences are used which encode a citrate synthase with the biological properties of a citrate synthase from bacteria, in particular E. coli, or fungi, in particular Saccharomyces cerevisiae. Various sequences encoding citrate synthases from bacteria are known e.g. Available under GenEMBL database access numbers:
M33037, Z70021, M74818, Z70017, Z70009, Z70016, L38987, Z70014, Z70022, Z70019, Z70018, Z70020, Z70012, Z70010, Z70011, Z70013, Z70015, M36338, L33409, X66112, X60513, Z73101, M29728, M17149, L41815, Z34516, M73535, L14780, X55282, L75931 and D90117. A preferred sequence is as described in Ner et al. (Biochemistry 22 (1983), 5243-5249), which encodes a citrate synthase from E. coli. Sequences encoding citrate synthases from E. coli are available, for example, under the accession numbers M28987 and M28988 (see also Wilde et al., J. Gen Microbiol 132 (1986), 3239-3251). Sequences encoding citrate synthases from fungi are available under accession numbers D63376 and D69731, those from S. cerevisiae in particular under accession numbers Z11113, Z48951, Z71255, M54982, X88846 and X00782. The latter is preferably used.
DNA-Sequenzen, die eine ATP-Citratlyase codieren, sind beispielsweise bekannt aus Ratte (Elshourbagy et al., J. Biol. Chem. 265 (1990), 1430-1435), Mensch (Elshourbagy et al., J. Biol. Chem. 204 (1992), 491-499), C. elegans (Wilson et al., Nature 368 (1994), 32-38) und Arabidopsis thaliana (EMBL Zugriffsnummern T13771, Z18045, Z25661 und Z26232).DNA sequences encoding an ATP citrate lyase are for example, known from rats (Elshourbagy et al., J. Biol. Chem. 265 (1990), 1430-1435), human (Elshourbagy et al., J. Biol. Chem. 204 (1992), 491-499), C. elegans (Wilson et al., Nature 368 (1994), 32-38) and Arabidopsis thaliana (EMBL accession numbers T13771, Z18045, Z25661 and Z26232).
Für die Lokalisation des jeweiligen Enzyms in dem gewünschten Kompartiment der pflanzlichen Zelle gilt wiederum das, was bereits oben im Zusammenhang mit der Acetyl-CoA-Hydrolase gesagt worden ist. For the localization of the respective enzyme in the desired compartment of the plant cell applies again, what was already mentioned above in connection with the Acetyl CoA hydrolase has been said.
Die Verringerung der Aktivität der Citratsynthase bzw. der ATP-Citratlyase in den erfindungsgemäßen Zellen kann mittels dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen, z. B. durch Expression einer antisense-RNA, eines spezifischen Ribozyms oder mittels eines Cosuppressionseffektes.The reduction of the activity of citrate synthase or the ATP citrate lyase in the cells of the invention can by means of the methods known in the art, z. B. by Expression of an antisense RNA, a specific ribozyme or by means of a cosuppressive effect.
Um die Expression der DNA-Sequenzen, die die oben beschriebenen Enzyme codieren, in pflanzlichen Zellen zu gewährleisten, können diese im Prinzip unter die Kontrolle eines beliebigen in pflanzlichen Zellen funktionalen Promotors gestellt werden. Die Expression der besagten DNA- Sequenzen kann generell in jedem Gewebe einer aus einer transformierten erfindungsgemäßen Pflanzenzelle regenerierten Pflanze und zu jedem Zeitpunkt stattfinden, bevorzugt jedoch findet sie in solchen Geweben statt, in denen eine veränderte Fähigkeit zur Bildung und Verwertung von Acetyl-CoA von Vorteil entweder für das Wachstum der Pflanze oder für die Bildung von Inhaltsstoffen innerhalb der Pflanze ist. Geeignet erscheinen von daher vor allem Promotoren, die eine spezifische Expression in einem bestimmten Gewebe, zu einem bestimmten Entwicklungszeitpunkt der Pflanze oder aber in einem bestimmten Organ der Pflanze sicherstellen. Vorzugsweise stehen die DNA-Sequenzen unter der Kontrolle von Promotoren, die eine samenspezifische Expression gewährleisten. Im Fall von stärke-speichernden Pflanzen, wie z. B. von Mais, Weizen, Gerste oder anderen Getreiden wird dadurch in den Samen die Fähigkeit zur Bildung und Verwertung von Acetyl-CoA verändert, und es findet eine veränderte Synthese von Sameninhaltsstoffen statt. Besonders geeignet für die Steigerung der Fettsäurebiosynthese infolge eines erhöhten Acetyl-CoA- Gehaltes in Samen von ölbildenden Pflanzen wie Raps, Sojabohne, Sonnenblume und Ölpalmen erscheinen Promotoren, die spezifisch im Endosperm oder aber in den Cotyledonen von sich bildenden Samen aktiv sind. Solche Promotoren sind z. B. der Phaseolin-Promotor aus Phaseolus vulgaris, der USP- Promotor aus Vicia faba oder der HMG-Promotor aus Weizen.To the expression of the DNA sequences, the above encoded enzymes in plant cells In principle, these can in principle be under the control of any functional in plant cells Promotors are provided. The expression of said DNA In general, sequences in any tissue can be one of a kind transformed plant cell according to the invention regenerated plant and take place at any time, however, it preferably takes place in such tissues, in an altered ability to educate and exploit Of acetyl-CoA beneficial for either the growth of Plant or for the formation of ingredients within the plant is. Suitable therefore appear above all Promoters that have specific expression in one certain tissues, at a particular stage of development the plant or in a specific organ of the plant to ensure. Preferably, the DNA sequences are lost the control of promoters that are seed-specific Ensure expression. In the case of starch-storing Plants, such. As of corn, wheat, barley or other Cereals will thereby have the ability to Altered formation and utilization of acetyl-CoA, and it finds an altered synthesis of seed ingredients instead of. Especially suitable for increasing the Fatty acid biosynthesis due to increased acetyl-CoA Content in seeds of oil-forming plants such as oilseed rape, Soybean, sunflower and oil palms appear promoters, specific in the endosperm or in the cotyledons of forming seeds are active. Such promoters are z. B. the phaseolin promoter from Phaseolus vulgaris, the USP Promoter from Vicia faba or the HMG promoter from wheat.
Erfindungsgemäß ist es ferner vorteilhaft, zur Expression der DNA-Sequenzen Promotoren zu verwenden, die in Speicherorganen wie Knollen oder Wurzeln aktiv sind, z. B. in der Speicherwurzel der Zuckerrübe oder aber in der Knolle der Kartoffel. In diesem Fall kommt es beispielsweise bei der Expression der DNA-Sequenzen, die eine Acetyl-CoA- Hydrolase codieren, zu einer Umlenkung von Biosynthesewegen im Sinne der Bildung von mehr Zucker bzw. Stärke und einer veränderten Bildung und Verwertung von Acetyl-CoA in Richtung der Fettsäurebiosynthese.According to the invention, it is also advantageous for expression the DNA sequences to use promoters in Storage organs such as tubers or roots are active, for. In the storage root of the sugar beet or in the tuber the potato. In this case it comes for example expression of DNA sequences containing an acetyl-CoA Hydrolase encode a reversal of biosynthetic pathways in terms of forming more sugar or starch and one altered formation and utilization of acetyl-CoA in Direction of fatty acid biosynthesis.
Ferner kann die Expression der DNA-Sequenzen unter der Kon trolle von Promotoren erfolgen, die spezifisch zum Zeitpunkt der Blühinduktion, oder bei der Blütenbildung aktiviert werden, oder die aktiv sind in Geweben, die für die Blühinduktion notwendig sind. Ebenso können Promotoren verwendet werden, die zu einem nur durch äußere Einflüsse kontrollierten Zeitpunkt aktiviert werden, z. B. durch Licht, Temperatur, chemische Substanzen (s. beispielsweise WO 93/07279). Für die Erhöhung der Exportrate von Photoassimilaten aus dem Blatt sind z. B. Promotoren von Interesse, die eine Geleitzellen-spezifische Expression aufweisen. Solche Promotoren sind bekannt (z. B. der Promotor des rolC-Gens aus Agrobacterium rhizogenes).Furthermore, the expression of the DNA sequences under the Kon trolls are made by promoters specific to the time the bloom induction, or activated during flowering be, or who are active in tissues, for the Flower induction are necessary. Likewise, promoters to be used only by external influences be activated controlled time, for. By light, Temperature, chemical substances (see for example WO 93/07279). For increasing the export rate of Photoassimilates from the sheet are z. B. promoters of Interest, which is a companion cell-specific expression respectively. Such promoters are known (eg the promoter the rolC gene from Agrobacterium rhizogenes).
Die DNA-Sequenzen, die die oben beschriebenen Enzyme codieren, sind vorzugsweise außer mit einem Promotor mit DNA-Sequenzen verknüpft, die eine weitere Steigerung der Transkription gewährleisten, beispielsweise sogenannte Enhancer-Elemente, oder mit DNA-Sequenzen, die im transkribierten Bereich liegen und die eine effizientere Translation der synthetisierten RNA in das entsprechende Protein gewährleisten. Derartige Regionen können von viralen Genen oder geeigneten pflanzlichen Genen gewonnen oder synthetisch hergestellt werden. Sie können homolog oder heterolog zum verwendeten Promotor sein. Vorteilhafterweise werden die codierenden DNA-Sequenzen ferner mit 3'-nicht translatierten DNA-Sequenzen verknüpft, die die Termination der Transkription und die Polyadenylierung des Transkriptes gewährleisten. Derartige Sequenzen sind bekannt und beschrieben, beispielsweise die des Octopinsynthasegens aus Agrobacterium tumefaciens. Diese Sequenzen sind beliebig gegeneinander austauschbar.The DNA sequences containing the enzymes described above are preferred except with a promoter with DNA sequences linked to a further increase in the Ensure transcription, for example so-called Enhancer elements, or with DNA sequences in the transcribed area and the more efficient Translation of the synthesized RNA into the corresponding Ensure protein. Such regions can be of viral Genes or suitable plant genes obtained or be prepared synthetically. You can be homologous or heterologous to the promoter used. advantageously, Furthermore, the coding DNA sequences with 3'-not translated DNA sequences linked to the termination transcription and polyadenylation of the transcript guarantee. Such sequences are known and described, for example, the Octopinsynthasegens Agrobacterium tumefaciens. These sequences are arbitrary interchangeable.
Die DNA-Sequenzen, die erfindungsgemäß in pflanzliche Zellen eingeführt und exprimiert werden, liegen in den erfindungsgemäßen Pflanzenzellen vorzugsweise stabil ins Genom integriert vor. Neben den wie oben beschriebenen veränderten Enzymaktivitäten können die erfindungsgemäßen transgenen Pflanzenzellen von nicht-transformierten Pflanzenzellen ferner dadurch unterschieden werden, daß sie stabil im Genom integriert eine Fremd-DNA aufweisen, dessen Expression die Veränderung der Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität und gegebenenfalls einer weiteren der oben beschriebenen Enymaktivitäten bewirkt. Fremd-DNA bedeutet dabei in diesem Zusammenhang, daß die DNA entweder in bezug auf die transformierte Pflanzenspezies heterolog ist, oder die DNA, wenn sie homolog zu dieser ist, an einem Ort im Genom lokalisiert ist, an dem sie in nicht-transformierten Zellen nicht vorkommt. Das bedeutet, daß die DNA in einer genomischen Umgebung liegt, in der sie natürlicherweise nicht vorkommt. Ferner weist die Fremd-DNA in der Regel das Charakteristikum auf, daß sie rekombinant ist, d. h. aus mehreren Bestandteilen besteht, die in dieser Kombination in der Natur nicht vorkommen.The DNA sequences according to the invention in plant cells are introduced and expressed in the Plant cells according to the invention preferably stable in Genome integrated before. In addition to the ones described above modified enzyme activities, the inventive transgenic plant cells of non-transformed Plant cells are further distinguished by the fact that they stably integrated into the genome to have a foreign DNA whose Expression the change in acetyl-CoA hydrolase activity and optionally another of those described above Enymaktivität effected. Foreign DNA means in this case Context that the DNA either with respect to the transformed plant species is heterologous, or the DNA, if it is homologous to this, in a place in the genome is localized, in which they are in non-transformed cells does not occur. This means that the DNA in one genomic environment in which it naturally resides does not occur. Furthermore, the foreign DNA usually has the Characterized that it is recombinant, d. H. out consists of several components that in this combination in do not occur to nature.
Bei den erfindungsgemäßen transgenen Pflanzenzellen kann es sich grundsätzlich um Zellen jeder beliebigen Pflanzenspezies handeln. Von Interesse sind sowohl Zellen monocotyler als auch dicotyler Pflanzenspezies, insbesondere Zellen stärkespeichernder, ölspeichernder oder land wirtschaftlicher Nutzpflanzen, wie z. B. Roggen, Hafer, Ger ste, Weizen, Kartoffel, Mais, Reis, Raps, Erbse, Zuckerrübe, Sojabohne, Tabak, Baumwolle, Sonnenblume, Ölpalme, Wein, To mate usw. oder Zellen von Zierpflanzen.It may be in the transgenic plant cells according to the invention basically any cells Act plant species. Of interest are both cells monocotyler as well as dicotylerous plant species, in particular Cells starch-storing, oil-storing or land economic crops such. Rye, oats, ger ste, wheat, potato, corn, rice, oilseed rape, pea, sugar beet, Soybean, Tobacco, Cotton, Sunflower, Oil Palm, Wine, To mate, etc. or cells of ornamental plants.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ferner transgene Pflanzen, die erfindungsgemäße transgene Pflanzenzellen enthalten. Derartige Pflanzen können beispielsweise hergestellt werden durch Regeneration aus erfindungsgemäßen Pflanzenzellen nach dem Fachmann bekannten Methoden.The subject matter of the present invention is furthermore transgenic Plants, the transgenic plant cells according to the invention contain. Such plants can, for example be prepared by regeneration of inventive Plant cells by methods known in the art.
Pflanzen, die erfindungsgemäße Zellen enthalten, weisen
vorzugsweise mindestens eines der folgenden Merkmale auf:
Plants containing cells according to the invention preferably have at least one of the following characteristics:
- (a) einen verringerten oder gesteigerten Gehalt an Fettsäuren im Blattgewebe oder im Samengewebe im Vergleich zu Wildtyp-Pflanzen;(a) a reduced or increased content Fatty acids in the leaf tissue or seed tissue in the Comparison to wild-type plants;
- (b) einen erhöhten Gehalt an löslichen Zuckern im Blattgewebe im Vergleich zu Wildtyp-Pflanzen;(b) an increased content of soluble sugars in the Leaf tissue compared to wild-type plants;
- (c) einen erhöhten Gehalt an Stärke im Blattgewebe im Vergleich zu Wildtyp-Pflanzen;(c) an increased content of starch in leaf tissue in Comparison to wild-type plants;
- (d) verringertes Wachstum;(d) reduced growth;
- (e) Bildung von zwei oder mehr Sprossen;(e) forming two or more sprouts;
- (f) Veränderung der Blattfärbung.(f) change in leaf color.
Gegenstand der Erfindung ist ferner Vermehrungsmaterial erfindungsgemäßer Pflanzen, das erfindungsgemäße Zellen enthält. Hierzu zählen beispielsweise Stecklinge, Samen Früchte, Wurzelstöcke, Knollen, Sämlinge etc.The invention also relates to propagation material plants according to the invention, the cells according to the invention contains. These include, for example, cuttings, seeds Fruits, rhizomes, tubers, seedlings etc.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ebenfalls
rekombinante DNA-Moleküle, die folgende Elemente enthalten:
The present invention also relates to recombinant DNA molecules which contain the following elements:
- (a) einen in pflanzlichen Zellen funktionalen Promoter, und(a) a promoter functional in plant cells, and
- (b) eine DNA-Sequenz, die ein Protein mit der enzymatischen Aktivität einer Acetyl-CoA-Hydrolase codiert, und die so mit dem Promotor verknüpft ist, daß sie in pflanzlichen Zellen in eine translatierbare RNA transkribiert werden kann.(b) a DNA sequence encoding a protein with the enzymatic Encoded activity of an acetyl-CoA-hydrolase, and the so linked to the promoter that they are in plant cells into a translatable RNA can be transcribed.
Der Transfer der DNA-Moleküle, die DNA-Sequenzen enthalten, die eines der oben beschriebenen Enzyme codieren, erfolgt nach dem Fachmann bekannten Methoden, vorzugsweise unter Verwendung von Plasmiden, insbesondere solchen Plasmiden, die eine stabile Integration des DNA-Moleküls in das Genom transformierter Pflanzenzellen gewährleisten, beispielsweise binären Plasmiden oder Ti-Plasmiden des Agrobacterium tumefaciens-Systems. Neben dem Aqrobacterium-System kommen andere Systeme zur Einführung von DNA-Molekülen in pflanzliche Zellen in Frage, wie z. B. das sogenannte biolistische Verfahren oder aber die Transformation von Pro toplasten (vgl. Willmitzer L. (1993), Transgenic Plants, Biotechnology 2; 627-659 für eine Übersicht). Verfahren zur Transformation monocotyler und dicotyler Pflanzen sind in der Literatur beschrieben und sind dem Fachmann bekannt.The transfer of DNA molecules containing DNA sequences which code for one of the enzymes described above takes place according to the skilled person known methods, preferably under Use of plasmids, in particular such plasmids, the stable integration of the DNA molecule into the genome ensure transformed plant cells, for example binary plasmids or Ti plasmids of Agrobacterium tumefaciens system. In addition to the Aqrobacterium system come other systems for introducing DNA molecules into plant cells in question, such as. B. the so-called biolistic methods or the transformation of Pro toplasten (see Willmitzer L. (1993), Transgenic Plants, Biotechnology 2; 627-659 for an overview). Procedure for Transformation of monocotyler and dicotyler plants are in of the literature and are known in the art.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwen dung von DNA-Sequenzen, die ein Protein mit der enzymatischen Aktivität einer Acetyl-CoA-Hydrolase codieren, zur Expression in pflanzlichen Zellen, um die Acetyl-CoA- Hydrolaseaktivität in pflanzlichen Zellen zu erhöhen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung derartiger DNA-Sequenzen zur Herstellung transgener Pflanzenzellen, die im Vergleich zu nicht-transformierten Pflanzenzellen eine veränderte Fähigkeit zur Bildung von Zuckern, Stärke, Fetten, Pigmenten, Isoprenoiden, Polyketiden, Steroiden, Flavonoiden, Gummistoffen, Stoffen, die an der pflanzlichen Pathogenabwehr beteiligt sind, Proteinen, und/oder Polymeren wie Polyhydroxyalkansäuren aufweisen. Die Erhöhung der Acetyl-CoA-Hydrolaseaktivität erfolgt dabei vorzugsweise in den Mitochondrien oder in dem Cytosol der pflanzlichen Zellen.Finally, the present invention relates to the use of tion of DNA sequences containing a protein with the encode enzymatic activity of an acetyl CoA hydrolase, for expression in plant cells to produce the acetyl-CoA Increase hydrolase activity in plant cells. In particular, the invention relates to the use such DNA sequences for the production of transgene Plant cells compared to non-transformed Plant cells have an altered ability to form Sugars, starches, fats, pigments, isoprenoids, Polyketides, steroids, flavonoids, rubbers, fabrics, who are involved in plant pathogen defense, Proteins, and / or polymers such as polyhydroxyalkanoic acids respectively. The increase in acetyl-CoA hydrolase activity takes place preferably in the mitochondria or in the Cytosol of plant cells.
Fig. 1 zeigt eine schematische Abbildung des 14,39 kb großen
Plasmids Bin-mHy-Int. Das Plasmid enthält folgende
Fragmente:
A = Fragment A (528 bp) enthält das EcoRI - Asp718
Fragment der Promotorregion des 35S Promotors des
"Cauliflower Mosaic Virus" (Nucleotide 6909 bis
7437) (Frank et al., Cell 21 (1980), 285-294).
B = Fragment b (109 bp) umfaßt ein DNA-Fragment mit der
Codierregion der mitochondriale Targetsequenz des
Proteins der Matrix processing peptidase (MPP) aus
Kartoffel (Braun et al., EMBO J. 11 (1992), 3219-
3227 (Zugriffsnummer X66284)).
C = Fragment C (189 bp) umfaßt ein DNA-Fragment des
Introns PIV2 aus dem Plasmid p35S GUS INT
(Vancanneyt et al., Mol. Gen. Genet. 220 (1990),
245-250).
D' = Fragment D' (170 bp) umfaßt ein DNA-Fragment mit dem
5'-Bereich der Codierregion des Acetyl-CoA-
Hydrolase-Gens (Lee et al., Journal of Biological
Chemistry 265 (1990), 7413-7418), Nucleotide 614 bis
784 (Zugriffsnummer M31036).
D'' = Fragment D'' (1420 bp) umfaßt ein DNA-Fragment mit
der Codierregion des Acetyl-CoA-Hydrolase-Gens (Lee
et al., Journal of Biological Chemistry 265 (1990),
7413-7418), Nucleotide 785 bis 2194 (Zugriffsnummer
M31036).
E = Fragment E (192 bp) umfaßt das Polyadenylierungs
signal des Gens 3 der T-DNA des Ti-Plasmides pTi-
ACH5, Nucleotide 11749-11939 (Gielen et al., EMBO J.
11 (1984), 3219-3227). FIG. 1 shows a schematic illustration of the 14.39 kb plasmid Bin-mHy-Int. The plasmid contains the following fragments:
A = fragment A (528 bp) contains the EcoRI-Asp718 fragment of the promoter region of the 35S promoter of the "cauliflower mosaic virus" (nucleotides 6909 to 7437) (Frank et al., Cell 21 (1980), 285-294).
B = fragment b (109 bp) comprises a DNA fragment having the coding region of the mitochondrial target sequence of the protein of the matrix processing peptidase (MPP) from potato (Braun et al., EMBO J. 11 (1992), 3219-3227 (accession number X66284 )).
C = fragment C (189 bp) comprises a DNA fragment of the intron PIV2 from the plasmid p35S GUS INT (Vancanneyt et al., Mol. Gen. Genet. 220 (1990), 245-250).
D '= fragment D' (170 bp) comprises a DNA fragment with the 5 'region of the coding region of the acetyl-CoA-hydrolase gene (Lee et al., Journal of Biological Chemistry 265 (1990), 7413-7418) , Nucleotides 614-784 (accession number M31036).
D "= fragment D" (1420 bp) comprises a DNA fragment having the coding region of the acetyl-CoA-hydrolase gene (Lee et al., Journal of Biological Chemistry 265 (1990), 7413-7418), nucleotides 785 until 2194 (accession number M31036).
E = fragment E (192 bp) comprises the polyadenylation signal of gene 3 of the T-DNA of the Ti plasmid pTi-ACH5, nucleotides 11749-11939 (Gielen et al., EMBO J. 11 (1984), 3219-3227).
Fig. 2 zeigt eine schematische Abbildung des 14,28 kb großen
Plasmids Bin-Hy-Int. Das Plasmid enthält folgende
Fragmente:
A = Fragment A (528 bp) enthält das EcoRI - Asp718
Fragment der Promotorregion des 355 Promotors des
"cauliflower mosaic virus" (Nucleotide 6909 bis
7437) (Frank et al., Cell 21 (1980), 285-294).
C = Fragment C (189 bp) umfaßt ein DNA-Fragment des
Introns PIV2 aus dem Plasmid p35S GUS INT
(Vancanneyt et al., Mol. Gen. Genet. 220 (1990),
245-250).
D' = Fragment D' (170 bp) umfaßt ein DNA-Fragment mit dem
5'-Bereich der Codierregion des Acetyl-CoA-
Hydrolase-Gens (Lee et al., Journal of Biological
Chemistry (1990) 265, 7413-7418), Nucleotide 614 bis
784 (Zugriffsnummer M31036).
D'' = Fragment D'' (1420 bp) umfaßt ein DNA-Fragment mit
der Codierregion der Acetyl-CoA-Hydrolase-Gens (Lee
et al., Journal of Biological Chemistry (1990) 265,
7413-7418), Nucleotide 785 bis 2194 (Zugriffsnummer
M31036).
E = Fragment E (192 bp) umfaßt das Polyadenylierungs
signal des Gens 3 der T-DNA des Ti-Plasmides pTi-
ACH5, Nucleotide 11749-11939 (Gielen et al., EMBO J.
11 (1984), 3219-3227). Fig. 2 shows a schematic illustration of the 14.28 kb plasmid Bin-Hy-Int. The plasmid contains the following fragments:
A = fragment A (528 bp) contains the EcoRI-Asp718 fragment of the promoter region of the 355 promoter of the "cauliflower mosaic virus" (nucleotides 6909 to 7437) (Frank et al., Cell 21 (1980), 285-294).
C = fragment C (189 bp) comprises a DNA fragment of the intron PIV2 from the plasmid p35S GUS INT (Vancanneyt et al., Mol. Gen. Genet. 220 (1990), 245-250).
D '= fragment D' (170 bp) comprises a DNA fragment having the 5 'region of the coding region of the acetyl-CoA-hydrolase gene (Lee et al., Journal of Biological Chemistry (1990) 265, 7413-7418). , Nucleotides 614-784 (accession number M31036).
D "= fragment D" (1420 bp) comprises a DNA fragment having the coding region of the acetyl-CoA-hydrolase gene (Lee et al., Journal of Biological Chemistry (1990) 265, 7413-7418), nucleotides 785 until 2194 (accession number M31036).
E = fragment E (192 bp) comprises the polyadenylation signal of gene 3 of the T-DNA of the Ti plasmid pTi-ACH5, nucleotides 11749-11939 (Gielen et al., EMBO J. 11 (1984), 3219-3227).
Fig. 3 zeigt einen Western-Blot zum Nachweis der Expression der Acetyl-CoA-Hydrolase aus Saccharomyces cerevisiae in transgenen Tabakblättern, Fig. 3 shows a Western blot to detect the expression of the acetyl-CoA hydrolase from Saccharomyces cerevisiae in transgenic tobacco leaves,
Fig. 4 zeigt drei transgene MB-Hy1-Linien im Vergleich zu einer Kontrollpflanze (links), FIG. 4 shows three transgenic MB-Hy1 lines in comparison to a control plant (left), FIG.
Fig. 5 zeigt Blätter der transgenen MB-Hy1-Linien 39, FIG. 5 shows leaves of the transgenic MB-Hy1 lines 39, FIG.
Fig. 6 zeigt Blätter einer Kontrollpflanze, Fig. 6 shows leaves of a control plant,
Fig. 7 zeigt eine Pflanze einer transgenen MB-Hy1 Linie mit Blüten, Fig. 7 is a plant a transgenic MB-Hy1 shows line with flowers,
Fig. 8 zeigt eine Kontrollpflanze mit Blüten, Fig. 8 shows a control plant with flowers,
Fig. 9 zeigt eine schematische Abbildung des 14, 25 kb
großen Plasmids pTCSAS
A = Fragment A (528 bp) enthält das EcoRI - Asp718
Fragment der Promotorregion des 35S Promotors des
"Cauliflower Mosaic Virus" (Nucleotide 6909 bis
7437) (Frank et al., Cell 21 (1980), 285-294).
B = Fragment B (1747 bp) umfaßt ein DNA-Fragment mit der
Codierregion des Citrat-Synthase-Gens aus Tabak in
reverser Orientierung (Nucleotide 1 bis 1747)
(Zugriffsnummer X84226).
C = Fragment C (192 bp) umfaßt das
Polyadenylierungssignal des Gens 3 der T-DNA des Ti-
Plasmides pTi-ACH5, Nucleotide 11749-11939 (Gielen
et al., EMBO J. 11 (1984), 3219-3227). Fig. 9 shows a schematic illustration of the 14, 25 kb plasmid pTCSAS
A = fragment A (528 bp) contains the EcoRI-Asp718 fragment of the promoter region of the 35S promoter of the "cauliflower mosaic virus" (nucleotides 6909 to 7437) (Frank et al., Cell 21 (1980), 285-294).
B = fragment B (1747 bp) comprises a DNA fragment having the coding region of the citrate synthase gene from tobacco in reverse orientation (nucleotides 1 to 1747) (accession number X84226).
C = fragment C (192 bp) comprises the polyadenylation signal of gene 3 of the T-DNA of the Ti plasmid pTi-ACH5, nucleotides 11749-11939 (Gielen et al., EMBO J. 11 (1984), 3219-3227).
Zur Clonierung in E. coli wurden die Vektoren pUC9-2, pA7 (von Schaewen, A. (1989) Dissertation, Freie Universität Berlin) und pAM (siehe Beispiel 1) verwen det. Für die Pflanzentransformation wurden die Genkon struktionen in den binären Vektor pBinAR-Hyg (Hinterlegungsnummer: DSM 9505; Hinterlegungsdatum: 20.10.1994) cloniert.For cloning into E. coli the vectors pUC9-2, pA7 (by Schaewen, A. (1989) Dissertation, Free University of Berlin) and pAM (see Example 1) det. For the plant transformation, the gene con in the binary vector pBinAR-Hyg (Accession Number: DSM 9505; 20.10.1994) cloned.
Für die pUC-Vektoren und für die pBinARHyg-Konstrukte wurde der E. coli-Stamm DH5α (Bethesda Research Laboratories, Gaithersburgh, USA) verwendet.For the pUC vectors and for the pBinARHyg constructs E. coli strain DH5α (Bethesda Research Laboratories, Gaithersburg, USA).
Die Transformation der Plasmide in die Kartoffelpflanzen wurde mit Hilfe des Agrobacteriuin tumefaciens-Stammes C58C1 pGV2260 durchgeführt (Deblaere et al., Nucl. Acids Res. 13 (1985), 4777-4788). Transformation of plasmids into potato plants was using the Agrobacterium tumefaciens strain C58C1 pGV2260 (Deblaere et al., Nucl. Acids Res. 13 (1985), 4777-4788).
Der Transfer der DNA erfolgte durch direkte Transforma tion nach der Methode von Höfgen und Willmitzer (Nucleic Acids Res. 16 (1988), 9877). Die Plasmid-DNA transfor mierter Agrobakterien wurde nach der Methode von Birnboim und Doly (Nucleic Acids Res. 7 (1979), 1513-1523) isoliert und nach geeigneter Restriktionsspaltung gelelektrophoretisch analysiert.The transfer of the DNA was carried out by direct transforma tion according to the method of Höfgen and Willmitzer (Nucleic Acids Res. 16 (1988), 9877). The plasmid DNA transfor mated agrobacteria was determined by the method of Birnboim and Doly (Nucleic Acids Res. 7 (1979), 1513-1523) isolated and after appropriate restriction cleavage analyzed by gel electrophoresis.
Die Transformation von Tabak erfolgte nach der in Rosahl et al. (EMBO J. 6 (1987), 1155-1159) beschriebenen Methode.The transformation of tobacco took place after that in Rosahl et al. (EMBO J. 6 (1987), 1155-1159) Method.
Zehn kleine mit dem Skalpell verwundete Blätter einer Kartoffel-Sterilkultur (Solanum tuberosum L. cv. Désirée) wurden in 10 ml MS-Medium (Murashige und Skoog, Physiol. Plant 15 (1962), 473) mit 2% Saccharose ge legt, welches 50 µl einer unter Selektion gewachsenen Agrobacterium tumefaciens-Übernachtkultur enthielt. Nach 3-5-minütigem leichtem Schütteln erfolgte eine weitere Inkubation für 2 Tage im Dunkeln. Daraufhin wurden die Blätter zur Kallusinduktion auf MS-Medium mit 1,6% Glu cose, 5 mg/l Naphthylessigsäure, 0,2 mg/l Benzylaminopu rin, 250 mg/l Claforan, 3 mg/l Hygromycin und 0,80% Bacto Agar gelegt. Nach einwöchiger Inkubation bei 25°C und 3000 Lux wurden die Blätter zur Sproßinduktion auf MS-Medium mit 1,6% Glucose, 1,4 mg/l Zeatinribose, 20 mg/l Naphthylessigsäure, 20 mg/l Giberellinsäure, 250 mg/l Claforan, 3 mg/l Hygromycin und 0,80% Bacto Agar gelegt. Ten small leaves wounded with a scalpel Potato sterile culture (Solanum tuberosum L. cv. Désirée) were dissolved in 10 ml of MS medium (Murashige and Skoog, Physiol. Plant 15 (1962), 473) with 2% sucrose ge which gives 50 μl of a selection grown Agrobacterium tumefaciens overnight culture. To 3-5 minutes of gentle shaking was followed by another Incubation for 2 days in the dark. Then the Leaves for callus induction on MS medium with 1.6% Glu cose, 5 mg / l naphthylacetic acid, 0.2 mg / l benzylaminopu rin, 250 mg / l claforan, 3 mg / l hygromycin and 0.80% Bacto Agar laid. After one week incubation at 25 ° C and 3000 lux became the leaves for shoot induction MS medium with 1.6% glucose, 1.4 mg / l zeatinribose, 20 mg / l naphthylacetic acid, 20 mg / l gibberellic acid, 250 mg / L claforan, 3 mg / L hygromycin and 0.80% Bacto agar placed.
Kartoffelpflanzen wurden im Gewächshaus unter folgenden
Bedingungen gehalten:
Potato plants were kept in the greenhouse under the following conditions:
- - Lichtperiode: 16 h bei 25000 Lux und 22°C,- light period: 16 h at 25,000 lux and 22 ° C,
- - Dunkelperiode: 8 h bei 15°C- dark period: 8 h at 15 ° C
- - Luftfeuchte: 60%.- Humidity: 60%.
Tabakpflanzen wurden im Gewächshaus unter folgenden
Bedingungen gehalten:
Tobacco plants were kept in the greenhouse under the following conditions:
- - Lichtperiode 14 h bei 10000 Lux und 25°C,Light period 14 h at 10000 lux and 25 ° C,
- - Dunkelperiode. 10 h bei 20°C,- dark period. 10 hours at 20 ° C,
- - Luftfeuchte: 65%.- Humidity: 65%.
Zur Bestimmung der Acetyl-CoA-Hydrolase-Aktivität in
Tabak- und Kartoffelblättern wurden Blattproben in
Extraktionspuffer (50 mM Hepes-KOH pH 7,5; 5 mM MgCl2; 1
mM EDTA; 1 mM EGTA; 10 mM DTT; 10% (Vol./Vol.) Gly
cerin; 0,1% (Vol./Vol.) Triton X-100) homogenisiert.
Nach Zentrifugation wurden die zellfreien Extrakte für
die Enzymaktivitätsmessung eingesetzt.
Reaktionspuffer: 100 mM Na-Phosphat, pH 7.2
[1-14C]Acetyl-CoA 0.5 µCi/100 µl,
Reaktionsvolumen: 105 µl,
Reaktionstemperatur: 30°C,
Meßzeitpunkte: 2, 4, 6, 10 min.To determine the acetyl CoA hydrolase activity in tobacco and potato leaves, leaf samples were incubated in extraction buffer (50 mM Hepes-KOH pH 7.5; 5 mM MgCl 2 ; 1 mM EDTA; 1 mM EGTA; 10 mM DTT; Vol./vol.) Glycerol; 0.1% (v / v) Triton X-100). After centrifugation, the cell-free extracts were used for enzyme activity measurement.
Reaction buffer: 100 mM Na-phosphate, pH 7.2 [1- 14 C] acetyl-CoA 0.5 uCi / 100 ul,
Reaction volume: 105 μl,
Reaction temperature: 30 ° C,
Measuring times: 2, 4, 6, 10 min.
Es werden DE81-Filter (Ionenaustauscher) verwendet, wobei HSCoA und [1-14C)Acetyl-CoA binden, jedoch [1-14C) Acetat beim Waschen (2 mal 5 min) der Filter mit 2% Essigsäure eluiert wird. Zur Bestimmung der Acetyl-CoA- Hydrolase-Aktivität wurde die auf den Filtern verbliebene Radioaktivität durch Szintillationsmessung und Vergleich mit Eichkurven bestimmt. (vgl. Roughan, P.G. et al., Analytical Biochemistry. 216 (1994), 77-82)Are used DE81 filters (ion exchanger) wherein HSCoA and [1- 14 C bond) acetyl-CoA, however, [1- 14 C) acetate (when washing is eluted 2 times 5 min), the filter with 2% acetic acid. To determine the acetyl-CoA hydrolase activity, the radioactivity remaining on the filters was determined by scintillation measurement and comparison with calibration curves. (Roughan, PG et al., Analytical Biochemistry 216 (1994), 77-82).
Zum Nachweis der Acetyl-CoA-Hydrolase in Tabak- und Kartoffelblättern wurden Blattproben in Extrak tionspuffer (50 mM Hepes-KOH pH 7,5; 5 mM MgCl2; 1 mM EDTA; 1 mM EGTA; 10 mM DTT; 10% (Vol./Vol.) Glycerin; 0,1% (Vol./Vol.) Triton X-100) homogenisiert. Nach Zentrifugation wurden Aliquots (10 µg Protein) der zellfreien Extrakte für einen Western-Blot eingesetzt. Western-Blot-Analysen wurden unter Verwendung eines gegen die Acetyl-CoA-Hydrolase aus Saccharomyces cerevisiae gerichteten polyclonalen Antikörpers wie bei Landschütze et al. (EMBO J. 14 (1995), 660-666) beschrieben durchgeführt.To detect the acetyl CoA hydrolase in tobacco and potato leaves, leaf samples were extracted into extraction buffer (50 mM Hepes-KOH pH 7.5, 5 mM MgCl 2 , 1 mM EDTA, 1 mM EGTA, 10 mM DTT, 10% (vol ./Vol.) Glycerol; 0.1% (v / v) Triton X-100). After centrifugation, aliquots (10 μg protein) of the cell-free extracts were used for a Western blot. Western blot analyzes were carried out using a polyclonal antibody directed against the acetyl-CoA-hydrolase from Saccharomyces cerevisiae as described in Landschütze et al. (EMBO J. 14 (1995), 660-666).
Die Bestimmung von Saccharose, Glucose, Fructose und Stärke erfolgte spektrophotometrisch mittels gekoppelter enzymatischer Reaktionen nach Stitt et al. (Methods in Enzymology, 174, 518-552).The determination of sucrose, glucose, fructose and Starch was spectrophotometrically coupled enzymatic reactions according to Stitt et al. (Methods in Enzymology, 174, 518-552).
Jeweils drei Blattscheiben mit einem Durchmesser von je 1,1 cm wurden mit je 500 µl 80% Ethanol in Wasser über 90 min bei 70°C extrahiert. Nach Trennung der festen von der flüssigen Phase durch Zentrifugation, wurde die flüssige Phase abgenommen und zur Messung der löslichen Zucker eingesetzt.In each case three leaf discs with a diameter of 1.1 cm each with 500 .mu.l of 80% ethanol in water extracted at 70 ° C for 90 min. After separation of the solid from the liquid phase by centrifugation, the liquid phase was taken off and taken for measurement the soluble sugar used.
Der Reaktionspuffer enthielt:
100 mM Imidazol pH 6,9;
5 mM MgCl2;
2 mM NADP;
1 mM ATP;
2 U/ml Glucose-6-Phosphat Dehydrogenase
G6P-Bestimmung: + 1,4 U/ml Hexokinase
F1P-Bestimmung: + 1,4 U/ml Phosphoglucoisomerase
G1P-Bestimmung: + 2,0 U/ml Phosphoglucomutase.The reaction buffer contained:
100 mM imidazole pH 6.9;
5 mM MgCl 2 ;
2mM NADP;
1mM ATP;
2 U / ml glucose-6-phosphate dehydrogenase
G6P determination: + 1.4 U / ml hexokinase
F1P determination: + 1.4 U / ml phosphoglucoisomerase
G1P determination: + 2.0 U / ml phosphoglucomutase.
Die Messung erfolgt bei 30°C mit 50 µl Extrakt.
(G6P = Glucose-6-Phosphat; F1P = Fructose-1-Phosphat;
G1P = Glucose-1-Phosphat)The measurement is carried out at 30 ° C with 50 ul extract.
(G6P = glucose-6-phosphate; F1P = fructose-1-phosphate;
G1P = glucose-1-phosphate)
Jeweils drei Blattscheiben mit einem Durchmesser von je 1,1 cm wurden mit je 500 µl 80% Ethanol in Wasser über 90 min bei 70°C extrahiert. Nach Trennung der festen von der flüssigen Phase durch Zentrifugation, wurde die flüssige Phase abgenommen, der feste Rückstand wurde zwei Mal mit 80% Ethanol in Wasser gewaschen.In each case three leaf discs with a diameter of 1.1 cm each with 500 .mu.l of 80% ethanol in water extracted at 70 ° C for 90 min. After separation of the solid from the liquid phase by centrifugation, the liquid phase was removed, the solid The residue was washed twice with 80% ethanol in water washed.
Das Pellet wurde mit 400 µl 0,2 N NaOH bei 95°C über eine Stunde aufgeschlossen. Es wurde mit 70 µl 1 N Essigsäure bei Raumtemperatur neutralisiert und die feste von der flüssigen Phase durch Zentrifugation abgetrennt.The pellet was charged with 400 μl of 0.2 N NaOH at 95 ° C an hour unlocked. It was washed with 70 μl of 1 N Neutralized acetic acid at room temperature and the solid from the liquid phase by centrifugation separated.
Die Stärke wurde unter Verwendung eines Sortiments zur Stärkebestiminung (Boehringer, Mannheim) nach Herstellerangaben mit Hilfe von Amyloglucosidase hydrolysiert und die freigesetzte Glucose enzymatisch bestimmt.The starch was made using a range for the determination of starch (Boehringer, Mannheim) Manufacturer information using amyloglucosidase hydrolyzes and the liberated glucose enzymatically certainly.
Blattscheiben (jeweils 1,1 cm Durchmesser) oder jeweils ein Tabaksamen wurden in 1 ml 1 N HCl in Methanol bei 80°C unter Stickstoffatmosphäre nach Zugabe von 5 µg Meristylsäure als internem Standard für 15 Minuten in einem verschlossenen Glasgefäß erhitzt. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wurden 1 ml 0,9% wäßrige NaCl Lösung und 1 ml n-Hexan(p.A.) zugegeben. Nach Extraktion der wäßrigen Phase wurde die organische Phase abgenommen und mit gasförmigem Stickstoff eingeengt.Leaf discs (each 1.1 cm in diameter) or one tobacco seed each was added to 1 ml of 1N HCl in Methanol at 80 ° C under a nitrogen atmosphere after Add 5 μg of meristylic acid as an internal standard for 15 minutes in a sealed glass jar heated. After cooling to room temperature, 1 ml of 0.9% aqueous NaCl solution and 1 ml of n-hexane (p.A.) added. After extraction of the aqueous phase was the organic phase removed and gaseous Concentrated nitrogen.
Die Auftrennung und Quantifizierung der Fettsäuremethylester erfolgte durch Gaschromatographie nach Browse et al. (Analytical Biochemistry 152 (1986), 141-145).The separation and quantification of Fatty acid methyl ester was carried out by Gas chromatography according to Browse et al. (Analytical Biochemistry 152 (1986), 141-145).
Blattscheiben (jeweils 1,1 cm Durchmesser) wurden direkt nach der Probennahme in flüssigem Stickstoff eingefroren. Die folgenden Schritte wurden bei abgedunkeltem Raumlicht durchgeführt.Leaf discs (each 1.1 cm in diameter) were directly after sampling in liquid nitrogen frozen. The following steps were included darkened room light performed.
Die Proben wurden mit 250 µl eiskaltem 85% Aceton in Wasser homogenisiert, die Suspension wurde dann ca. 30 Sekunden mit Stickstoffgas durchspült und anschließend 15 Minuten auf Eis gelagert. Nach Zentrifugation über 15 Minuten bei 4°C und 10000 g wurde der Überstand durch einen Millipore-Millex-GV4 Sterilfilteraufsatz filtriert und anschließend 30 Sekunden bei 4°C mit Stickstoffgas durchspült. Die Proben wurden dann bis zur Messung bei -70°C gelagert. Die Trennung und Quantifizierung der Pigmente erfolgte durch Hochdruckflüssigkeits chromatographie (HPLC) wie durch Zhayer und Björkman (J. Chromatogr. 543 (1990), 137-145) beschrieben.The samples were incubated with 250 μl of ice cold 85% acetone in Homogenized water, the suspension was then Flushed with nitrogen gas for 30 seconds and then stored for 15 minutes on ice. To Centrifugation for 15 minutes at 4 ° C and 10,000 g the supernatant was passed through a Millipore Millex GV4 Sterile filter attachment filtered and then 30 Purged with nitrogen gas at 4 ° C for 2 seconds. The Samples were then measured at -70 ° C until measurement stored. The separation and quantification of Pigments were made by high pressure liquid Chromatography (HPLC) as by Zhayer and Björkman (J. Chromatogr. 543 (1990), 137-145).
Als Trennsäule wurde eine ZORBAX ODS 5 µm non endcapped 250.4,5 mm Reversed-Phase-Säule verwendet. Die Detektion der Pigmente erfolgte durch Messung der Absorption bei 450 nm in einem Bereich von 0,04 Absorptionseinheiten (AUFS).The separation column was a ZORBAX ODS 5 μm non endcapped 250.4.5 mm reversed-phase column used. The detection of the pigments was carried out by Measurement of absorbance at 450 nm in one area of 0.04 absorbance units (AUFS).
Zur Bestimmung der Citrat-Synthase-Aktivität in Tabakblättern wurden Blattproben in Extraktionspuffer (50 mM Hepes-KOH pH 7,5; 5 mM MgCl2; 1 mM EDTA; 1 mM EGTA; 10% (Vol./Vol.) Glycerin; 0,1% (Vol./Vol.) Triton X-100; 4 mU/ml α2-Macroglobulin) homogenisiert. Nach Zentrifugation wurden die zellfreien Extrakte für die Enzymaktivitätsmessung eingesetzt.To determine citrate synthase activity in tobacco leaves, leaf samples were incubated in extraction buffer (50 mM Hepes-KOH pH 7.5, 5 mM MgCl 2 , 1 mM EDTA, 1 mM EGTA, 10% (v / v) glycerol, 0 , 1% (v / v) Triton X-100; 4 mU / ml α 2 -macroglobulin). After centrifugation, the cell-free extracts were used for enzyme activity measurement.
Die Aktivität der Citrat-Synthase wurde photometrisch
bestimmt:
Reaktionspuffer:
0,1 M Tris-Cl, pH 8.0,
0,1 mM 5,5'-Dithio-bis(-2-nitrobenzoesäure),
0,3 mM Acetyl-CoA;
Reaktionsvolumen: 700 µl,
Reaktionstemperatur: 30°C,
eingesetztes Protein: ∼60 µg,
Start: 7 µl 50 mM Oxalacetat.The activity of citrate synthase was determined photometrically:
Reaction buffer:
0.1 M Tris-Cl, pH 8.0,
0.1 mM 5,5'-dithio-bis (2-nitrobenzoic acid),
0.3mM acetyl-CoA;
Reaction volume: 700 μl,
Reaction temperature: 30 ° C,
protein used: ~60 μg,
Start: 7 μl of 50 mM oxaloacetate.
Die Messung der Absorption erfolgte bei 412 nm.The measurement of the absorption took place at 412 nm.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.The examples illustrate the invention.
Für die Pflanzentransformation wurde die Codierregion des
Acetyl-CoA-Hydrolase-Gens aus Saccharomyces cerevisiae
mittels der Polymerasekettenreaktion (PCR) ausgehend von
genomischer Saccharomyces cerevisiae DNA mittels der Primer
AcCoHyl (5'-GTCAGGATCCATGACAATTTCTAATTTGTTAAAGCAGAGA-3')
(Seq ID No. 1) und
AcCoHy2 (5'-GTCAGGATCCCTAGTCAACTGGTTCCCAGCTGTCGACCTT-3')
(Seq ID No. 2)
amplifiziert. Die Sequenz der Acetyl-CoA-Hydrolase aus
Saccharomyces cerevisiae ist in der GenEmbl-Datenbank mit
der Zugriffsnummer M31036 eingetragen. Die Clonierung des
Acetyl-CoA-Hydrolase-Gens ist in Lee et al. (Journal of
Biological Chemistry 265 (1990), 7413-7418) beschrieben. Das
amplifizierte Fragment entspricht der Region von den
Nucleotiden 614 bis 2194 dieser Sequenz (Zugriffsnummer
M31036). Hierbei wurde am 5'-Ende und am 3'-Ende je eine
BamHI-Schnittstelle eingefügt. Das 1590 bp lange BamHI
geschnittene PCR Fragment wurde über die zusätzlichen
Schnittstellen in die BamHI-Schnittstelle des Vektors pUC9-2
cloniert. Das Intron PIV2 (189 bp) aus dem Plasmid p35S GUS
INT (Vancanneyt et al., Mol. Gen. Genet. 220 (1990), 245-
250) über PCR mittels der Primer GUS-1 (5'-
gtatacgtaagtttctgcttctac-3') (Seq ID No. 3) und GUS-2 (5'-
gtacagctgcacatcaacaaattttgg-3') (Seq ID No. 4) amplifiziert,
mit SnaBI und PvuII nachgeschnitten und in die singuläre
BbrPI-Schnittstelle des Acetyl-CoA-Hydrolase-Gens aus
Saccharomyces cerevisiae cloniert. Die korrekte Orientierung
des insertierten Introns (5'-Ende des Introns zum 3'-Ende
des 5'-gelegenen Exons hin orientiert) wurde durch
Sequenzanalyse bestätigt. Das auf diese Weise hergestellte
Plasmid erhielt die Bezeichnung pUC-HyInt.For plant transformation, the coding region of the acetyl-CoA-hydrolase gene from Saccharomyces cerevisiae was determined by means of the polymerase chain reaction (PCR) starting from genomic Saccharomyces cerevisiae DNA by means of the primers
AcCoHyl (5'-GTCAGGATCCATGACAATTTCTAATTTGTTAAAGCAGAGA-3 ') (Seq ID No. 1) and
AcCoHy2 (5'-GTCAGGATCCCTAGTCAACTGGTTCCCAGCTGTCGACCTT-3 ') (Seq ID No. 2)
amplified. The sequence of the acetyl-CoA-hydrolase from Saccharomyces cerevisiae is registered in the GenEmbl database with the accession number M31036. The cloning of the acetyl-CoA-hydrolase gene is described in Lee et al. (Journal of Biological Chemistry 265 (1990), 7413-7418). The amplified fragment corresponds to the region from nucleotides 614 to 2194 of this sequence (accession number M31036). In each case a BamHI site was inserted at the 5'-end and at the 3'-end. The 1590 bp BamHI cut PCR fragment was cloned via the additional interfaces into the BamHI site of the vector pUC9-2. The intron PIV2 (189 bp) from the plasmid p35S GUS INT (Vancanneyt et al., Mol. Gen. Genet. 220 (1990), 245-250) via PCR using the primer GUS-1 (5'-gtatacgtaagtttctgcttctac-3 ' (Seq ID No. 3) and GUS-2 (5'-gtacagctgcacatcaacaaattttgg-3 ') (Seq ID No. 4), rescircuited with SnaBI and PvuII, and into the singular BbrPI site of the acetyl-CoA hydrolase gene from Saccharomyces cerevisiae cloned. The correct orientation of the inserted intron (5 'end of the intron oriented towards the 3' end of the 5 'exon) was confirmed by sequence analysis. The plasmid prepared in this way was named pUC-HyInt.
Das Plasmid pUC-HyInt wurde mit BamHI geschnitten und das 1779 bp lange Acetyl-CoA-Hydrolase-Fragment (mit insertiertem Intron) in die BamHI-Schnittstelle des Plasmids pAM cloniert. Das so erhaltene Plasmid erhielt die Bezeichnung pAM-HyInt.The plasmid pUC-HyInt was cut with BamHI and the 1779 bp long acetyl-CoA-hydrolase fragment (with inserted intron) into the BamHI site of the plasmid pAM cloned. The plasmid thus obtained received the Designation pAM-HyInt.
Das Plasmid pAM wurde wie im folgenden beschrieben hergestellt. Die mitochondriale Targetsequenz (111 bp) des Proteins der "Matrix processing peptidase" (HPP) aus Kartoffel wurde unter Verwendung der Primer Mito-TP1 (5'- GATCGGTACCATGTACAGATGCGCATCGTCT-3') (Seq ID No. 5) und Mito- TP2 (5'-GTACGGATCCCTTGGTTGCAACAGCAGCTGA-3') (Seq ID No. 6) mittels PCR amplifiziert. Als Matrize für die PCR diente das Plasmid pMPP (Braun et al., EMBO J. 11 (1992), 3219-3227). Das amplifizierte Fragment entspricht der Region von den Nucleotiden 299 bis 397 der MPP cDNA (Braun et al., s. o.; EMBL Zugriffsnummer: X66284). Hierbei wurde am 5'-Ende eine Asp718-Schnittstelle und am 3'-Ende eine BamHI-Schnittstelle eingefügt. Das PCR-Fragment wurde mit Asp718 und BamHI geschnitten und das resultierende 109 bp lange Fragment anschließend in den mit Asp718 und BamHI geschnittenen Vektor pA7 (von Schaewen, A. (1989) Dissertation, Freie Universität Berlin) cloniert.The plasmid pAM was prepared as described below. The mitochondrial target sequence (111 bp) of the potato matrix processing peptidase (HPP) protein was amplified using the primers Mito-TP1 (5'-GATC GGTACC ATGTACAGATGCGCATCGTCT-3 ') (Seq ID No. 5) and Mito-TP2 (5'-GTAC GGATCC CTTGGTTGCAACAGCAGCTGA-3 ') (Seq ID No. 6) were amplified by PCR. The template used for the PCR was the plasmid pMPP (Braun et al., EMBO J. 11 (1992), 3219-3227). The amplified fragment corresponds to the region from nucleotides 299 to 397 of the MPP cDNA (Braun et al., EMBL Accession Number: X66284). An Asp718 site was inserted at the 5 'end and a BamHI site at the 3' end. The PCR fragment was cleaved with Asp718 and BamHI and the resulting 109 bp fragment subsequently cloned into the Asp718 and BamHI cleaved vector pA7 (by Schaewen, A. (1989) Dissertation, Freie Universität Berlin).
Das Plasmid pAM-HyInt wurde mit Asp718 und XbaI geschnitten und das 1887 bp lange Fragment bestehend aus der Codierregionen für das Targetingpeptid der Kartoffel "Matrix processing peptidase", und der Codierregion für die Acetyl- CoA-Hydrolase aus Saccharomyces cerevisiae (mit insertiertem Intron) isoliert und die 5'-Überhänge dieses Fragmentes unter Verwendung der T4-DNA-Polymerase zu glatten Enden aufgefüllt. Das so hergestellte Fragment wurde in die SmaI-Schnittstelle des binären Plasmids pBinAR-Hyg cloniert. Dabei war die Codierregionen des Targetingpeptids der Kartoffel "Matrix processing peptidase" zum 35S-RNA-Promotor des Blumenkohlmosaikvirus hin orientiert. Hieraus resul tierte das Plasmid Bin-mHy-Int (siehe Fig. 1), welches für die Transformation von Tabak (Nicotiana tabacum SNN) und Kartoffel (Solanum tuberosum L. cv. Désirée) wie oben beschrieben eingesetzt wurde.The plasmid pAM-HyInt was cut with Asp718 and XbaI and the 1887 bp fragment consisting of the coding region for the targeting peptide of the potato "matrix processing peptidase", and the coding region for the acetyl-CoA-hydrolase from Saccharomyces cerevisiae (with inserted intron) isolated and filled the 5 'overhangs of this fragment using the T4 DNA polymerase to blunt ends. The fragment thus prepared was cloned into the SmaI site of the binary plasmid pBinAR-Hyg. The coding regions of the potato matrix processing peptidase targeting peptide were oriented towards the cauliflower mosaic virus 35S RNA promoter. From this resulted the plasmid Bin-mHy-Int (see Fig. 1) which was used for the transformation of tobacco (Nicotiana tabacum SNN) and potato (Solanum tuberosum L. cv. Désirée) as described above.
Das BamHI-Fragment des Plasmides pUC-Hy-Int (siehe Beispiel 1) wurde in die BamHI-Schnittstelle des Plasmides pA7 (von Schaewen, A. (1989) Dissertation, Freie Universität Berlin) cloniert. Dabei war das 5'-Ende der Codierregion der Acetyl- CoA-Hydrolase zum 35S-RNA-Promotor hin orientiert. Das so hergestellte Plasmid erhielt die Bezeichnung pA7-Hy-Int. Das Plasmid pA7-Hy-Int wurde mit KpnI und XbaI geschnitten, das 1778 bp lange Fragment bestehend aus der Codierregion für die Acetyl-CoA-Hydrolase aus Saccharomyces cerevisiae (mit inseriertem Intron) isoliert und anschließend in den mit KpnI und XbaI geschnittene binäre Plasmid pBinAR-Hyg (Hinterlegungsnummer: DSM 9505; Hinterlegungsdatum: 20.10.1994) cloniert. Hieraus resultierte das Plasmid Bin- Hy-Int (siehe Fig. 2), welches für die Transformation von Tabak (Nicotiana tabacum SNN) und Kartoffel (Solanum tuberosum L. cv. Désirée) eingesetzt wurde.The BamHI fragment of the plasmid pUC-Hy-Int (see Example 1) was cloned into the BamHI site of plasmid pA7 (by Schaewen, A. (1989) Dissertation, Freie Universität Berlin). The 5 'end of the coding region of the acetyl CoA hydrolase was oriented towards the 35S RNA promoter. The plasmid thus prepared was named pA7-Hy-Int. The plasmid pA7-Hy-Int was cut with KpnI and XbaI, the 1778 bp fragment consisting of the coding region for the acetyl-CoA-hydrolase from Saccharomyces cerevisiae isolated (with inserted intron) and then into the cut with KpnI and XbaI binary plasmid pBinAR-Hyg (accession number: DSM 9505, filed: 20.10.1994). This resulted in the plasmid Bin- Hy-Int (see Fig. 2), which was used for the transformation of tobacco (Nicotiana tabacum SNN) and potato (Solanum tuberosum L. cv. Désirée).
Aus Tabakpflanzen, die mit dem Plasmid Bin-mHy-Int (siehe Beispiel 1) transformiert worden waren, wurden ganze Tabakpflanzen regeneriert, in Erde transferiert und durch Western-Blot-Analyse auf die Anwesenheit der Acetyl-CoA- Hydrolase aus Saccharomyces cerevisiae hin in Blättern selektiert. Dabei wurden mehrere Genotypen identifiziert, die eindeutig die Acetyl-CoA-Hydrolase aus Saccharomyces cerevisiae exprimieren (siehe Fig. 3). Mehrere der selektierten transgenen Linien wurden hinsichtlich der Acetyl-CoA-Hydrolase-Aktivität in Blättern analysiert. Dabei wurde in einigen Linien eine um bis zu dreifach erhöhte spezifische Acetyl-CoA-Hydrolase-Aktivität verglichen mit den Kontrollpflanzen gemessen (z. B. MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1-81; vgl. Tabelle I). From tobacco plants transformed with the plasmid Bin-mHy-Int (see Example 1), whole tobacco plants were regenerated, transferred to soil and analyzed for the presence of Saccharomyces cerevisiae acetyl-CoA-hydrolase by Western blot analysis Browse selected. Several genotypes were identified that clearly express the acetyl-CoA-hydrolase from Saccharomyces cerevisiae (see FIG. 3). Several of the selected transgenic lines were analyzed for acetyl CoA hydrolase activity in leaves. Up to three times higher specific acetyl-CoA hydrolase activity was measured in some lines compared to the control plants (eg MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1-81, see Table I).
Die hier dargestellten Enzymaktivitäten sind der Mittelwert von mindestens acht Messungen ausgehend von mindestens drei unabhängigen Pflanzen der genannten transgenen Linie.The enzyme activities shown here are the mean value of at least eight measurements from at least three independent plants of said transgenic line.
Die oben genannten Genotypen MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1-81 wurden amplifiziert, und jeweils 3 Pflanzen wurden in ein Gewächshaus transferiert.The above genotypes MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1-81 were amplified, and in each case 3 plants were in one Greenhouse transferred.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Blätter von Pflanzen der transgenen Linien MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1- 81 reduzierte Mengen an Fettsäuren im Vergleich zu Kontrollpflanzen enthalten (vgl. Tabelle II). Surprisingly, it was found that the leaves of Transgenic lines MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1- 81 reduced amounts of fatty acids compared to Control plants (see Table II).
Tabelle IITable II
Die angegebenen Werte stellen Mittelwerte sowie die Standardabweichungen aus jeweils 2 unabhangigen Messungen dar.The given values represent mean values as well as the Standard deviations from 2 independent measurements represents.
Überraschenderweise wurde ferner festgestellt, daß die Samen der transgenen Pflanzen MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1-81 gleiche Mengen an Fettsäuren im Vergleich zu Kontrollpflanzen enthalten (vgl. Tabelle III). Surprisingly, it was also found that the seeds the transgenic plants MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1-81 equal amounts of fatty acids compared to Control plants (see Table III).
Tabelle IIITable III
Die angegebenen Werte stellen Mittelwerte sowie die Standardabweichungen aus mindestens 6 unabhängigen Messungen dar.The given values represent mean values as well as the Standard deviations from at least 6 independent measurements represents.
Die Analyse des Gewichtes von jeweils 200 Samen ergab, daß kein signifikanter Unterschied zwischen den Samen der transgenen Pflanze MB-Hy1-39 und Samen von Kontrollpflanzen bestehen (vgl. Tabelle IV).Analysis of the weight of 200 seeds each showed that no significant difference between the seeds of transgenic plant MB-Hy1-39 and seeds from control plants exist (see Table IV).
Tabelle IVTable IV
Die Analyse von löslichen Zuckern wie Glucose, Fructose und Saccharose ergab erstaunlicherweise, daß die Blätter von Pflanzen der transgenen Linien MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1- 81 erhöhte Gehalte an Saccharose, Glucose und Fructose sowohl am Ende der Lichtphase (vgl. Tabelle V), als auch am Ende der Dunkelphase enthalten (vgl. Tabelle VI).The analysis of soluble sugars such as glucose, fructose and Surprisingly, sucrose showed that the leaves of Transgenic lines MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1- 81 increased levels of sucrose, glucose and fructose both at the end of the light phase (see Table V), and at End of the dark phase (see Table VI).
Tabelle VTable V
Die angegebenen Werte stellen Mittelwerte sowie die Standardabweichungen aus jeweils 6 unabhangigen Messungen dar.The given values represent mean values as well as the Standard deviations from 6 independent measurements represents.
Tabelle VITable VI
Die angegebenen Werte stellen Mittelwerte sowie die Standardabweichungen aus jeweils 3 unabhängigen Messungen dar.The given values represent mean values as well as the Standard deviations from in each case 3 independent measurements represents.
Bei der Analyse von Stärke wurde weiterhin erstaunlicherweise festgestellt, daß die Blätter von Pflanzen der transgenen Linien MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1- 81 erhöhte Gehalte an Stärke sowohl am Ende der Lichtphase, als auch am Ende der Dunkelphase enthalten (vgl. Tabelle VII).In the analysis of strength was continued surprisingly found that the leaves of Transgenic lines MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1- 81 increased levels of starch both at the end of the light phase, as well as at the end of the dark phase (see table VII).
Tabelle VIITable VII
Die angegebenen Werte stellen Mittelwerte sowie die Standardabweichungen aus jeweils 3 bzw. 6 (vgl. Tabelle VII) unabhängigen Messungen dar.The given values represent mean values as well as the Standard deviations from 3 and 6, respectively (see Table VII) independent measurements.
Bei der Anzucht der transgenen Pflanzen MB-Hy1-39, MB-Hy1- 78, MB-Hy1-81 im Gewächshaus wurde weiterhin festgestellt, daß die transgenen Pflanzen im Vergleich zu Kontrollpflanzen einen veränderten Phänotyp aufwiesen. Insbesondere wurde im Falle der transgenen Pflanzen ein reduziertes Wachstum, die Ausbildung mehrerer Sprosse, sowie eine mosaikartige Veränderung in der Blattfärbung festgestellt (siehe Fig. 4 und 5). Zur genaueren Analyse der Blattfärbung wurden die Gehalte an Chlorophyll a und b, sowie an den Carotinoiden Zeaxanthin, Antheraxanthin und Violoxanthin bestimmt (vgl. Tabelle VIII und IX).When growing the transgenic plants MB-Hy1-39, MB-Hy1-78, MB-Hy1-81 in the greenhouse, it was further found that the transgenic plants had an altered phenotype compared to control plants. In particular, in the case of transgenic plants, reduced growth, the formation of multiple shoots, and a mosaic-like change in leaf coloration were noted (see FIGS. 4 and 5). For a more detailed analysis of leaf color the contents of chlorophyll a and b as well as the carotenoids zeaxanthin, antheraxanthin and violoxanthin were determined (see Tables VIII and IX).
Tabelle VIIITable VIII
Die angegebenen Werte stellen Mittelwerte sowie die Standardabweichungen aus jeweils 3 unabhängigen Messungen dar.The given values represent mean values as well as the Standard deviations from in each case 3 independent measurements represents.
Tabelle IXTable IX
Die angegebenen Werte stellen Mittelwerte sowie die Standardabweichungen aus jeweils 3 unabhängigen Messungen dar. The given values represent mean values as well as the Standard deviations from in each case 3 independent measurements represents.
Das durch in-vivo-Excision aus einer λ ZAP II cDNA Bibliothek aus Nicotiana tabacum L. erhaltene Plasmid pTCS, enthält in der EcoR I Schnittstelle des pBluescript SK Vektors ein 1747 bp cDNA Fragment mit der Codierregion des Citrat-Synthase-Gens aus Tabak (Zugriffsnummer X84226).By in vivo excision from a λ ZAP II cDNA Library from Nicotiana tabacum L. obtained plasmid pTCS, contains in the EcoR I interface of pBluescript SK Vector a 1747 bp cDNA fragment with the coding region of the Citrate synthase gene from tobacco (accession number X84226).
Das BamHI-Fragment des Plasmides pTCS wurde in die BamHI/SalI-Schnittstellen des binären Plasmides BinAR cloniert. Dabei war das 3'-Ende der Codierregion der Citrat- Synthase zum 35S-RNA-Promotor hin orientiert. Das so hergestellte Plasmid erhielt die Bezeichnung pTCSAS.The BamHI fragment of the plasmid pTCS was inserted into the BamHI / SalI sites of the binary plasmid BinAR cloned. The 3'-end of the coding region of the citrate Synthase oriented towards the 35S RNA promoter. That so plasmid obtained was called pTCSAS.
pTCSAS wurde für die Transformation von Tabak (Nicotiana tabacum SNN) eingesetzt.pTCSAS has been used for the transformation of tobacco (Nicotiana tabacum SNN).
Regenerierte Tabakpflanzen, die mit dem Plasmid pTCSAS transformiert worden waren, wurden in Erde transferiert und durch Messung der Citrat-Synthase-Aktivität hin in Blättern selektiert. Dabei wurden mehrere Genotypen identifiziert, die eindeutig eine Reduktion der Citrat-Synthase-Aktivität (siehe Tabelle X). Mehrere der selektierten transgenen Linien wurden hinsichtlich der Citrat-Synthase-Aktivität in Blättern analysiert. Dabei wurde in einigen Linien eine um bis zu sechsfach erniedrigte spezifische Citrat-Synthase- Aktivität verglichen mit den Kontrollpflanzen gemessen (z. B. TCSAS-14, TCSAS-17; TCSAS-26; TCSAS-43; TCSAS-48; vgl. Tabelle X). Regenerated tobacco plants infected with the plasmid pTCSAS were transformed into earth and by measuring citrate synthase activity in leaves selected. Several genotypes were identified clearly a reduction in citrate synthase activity (see Table X). Several of the selected transgenic Lines were analyzed for citrate synthase activity in Scrolls analyzed. It was in some lines one order up to 6-fold decreased specific citrate synthase Activity as compared to control plants (e.g. TCSAS-14, TCSAS-17; TCSAS-26; TCSAS-43; TCSAS-48; see. Table X).
Tabelle XTable X
Die hier dargestellten Enzymaktivitäten sind der Mittelwert von mindestens 18 Messungen ausgehend von mindestens neun unabhängigen Pflanzen.The enzyme activities shown here are the mean value of at least 18 measurements from at least nine independent plants.
Die oben genannten Genotypen TCSAS-17 und TCSAS-26 wurden amplifiziert, und jeweils 6 Pflanzen wurden in ein Gewächs haus transferiert.The above genotypes were TCSAS-17 and TCSAS-26 amplified, and each 6 plants were in a greenhouse house transferred.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Samen der transgenen Pflanzen TCSAS-17 und TCSAS-26 reduzierte Mengen an Fettsäuren im Vergleich zu Kontrollpflanzen enthalten (vgl. Tabelle XI). Surprisingly, it was found that the seeds of Transgenic plants TCSAS-17 and TCSAS-26 reduced amounts contained in fatty acids compared to control plants (see Table XI).
Tabelle XITable XI
Die angegebenen Werte stellen Mittelwerte sowie die Standardabweichungen aus jeweils 10 unabhängigen Messungen dar.The given values represent mean values as well as the Standard deviations from 10 independent measurements represents.
Die Analyse des Gewichtes von jeweils 200 Samen ergab, daß ein signifikanter Unterschied zwischen den Samen der transgenen Pflanzen TCSAS-17 und TCSAS-26 verglichen mit den Samen von Kontrollpflanzen bestehen (vgl. Tabelle XII).Analysis of the weight of 200 seeds each showed that a significant difference between the seeds of Transgenic plants TCSAS-17 and TCSAS-26 compared to the Seeds of control plants (see Table XII).
Tabelle XIITable XII
Sequenzprotokollsequence Listing
Claims (22)
- (a) einen verringerten oder gesteigerten Gehalt an Fettsäuren im Blattgewebe oder im Samengewebe im Vergleich zu Wildtyp-Pflanzen;
- (b) einen erhöhten Gehalt an löslichen Zuckern im Blattgewebe im Vergleich zu Wildtyp-Pflanzen;
- (c) einen erhöhten Gehalt an Stärke im Blattgewebe im Vergleich zu Wildtyp-Pflanzen;
- (d) verringertes Wachstum;
- (e) Bildung von zwei oder mehr Sprossen;
- (f) Veränderung der Blattfärbung.
- (a) a reduced or increased content of fatty acids in leaf tissue or seed tissue compared to wild-type plants;
- (b) an increased content of soluble sugars in leaf tissue compared to wild-type plants;
- (c) an increased level of starch in leaf tissue compared to wild-type plants;
- (d) reduced growth;
- (e) forming two or more sprouts;
- (f) change in leaf color.
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